第23章光的衍射课件1.ppt

第23章 光的衍射 1990 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ，最小分 辨角 ，在大气层 外 615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太 空深处, 发现了500 亿个 星系 . 例 在通常亮度下，人眼的瞳孔直径为3 mm，问：人眼分辨限角为多少？（? = 550 nm ）。如果窗纱上两根细丝之间的距离为2.0 mm，问：人在多远恰能分辨。 解： s 23.5 光栅衍射 狭义：平行、等宽且等间隔的多狭缝衍射屏 广义：具有周期性空间结构的衍射屏 朗琴光栅 正弦光栅 正交光栅 （周期：500nm） 硅片上离子束刻蚀的光栅 （周期：440nm） 光栅的分类 按照明方式：透射型（平面、三维），反射型（平面） 按调制光波方式：振幅型，相位型，混合型 按结构特点：矩形，正弦型，阶跃型 等宽度、等距离的狭缝排列起来的光学元件. 衍射角 衍射角 光栅的特征参数 光栅常数（周期）：相邻栅线的间距，即空间周期的长度，以d表示 光栅频率：光栅常数的倒数1/d，以f0表示 光栅衍射条纹的形成 光栅常数： 光栅常数 衍射角 ：透光部分的宽度 ：不透光部分的宽度 光栅中狭缝条数越多，明纹越细. (a)1条缝 (f)20条缝 (e)6条缝 (c)3条缝 (b)2条缝 (d)5条缝 亮纹的光强 ：单缝光强） （　：狭缝数， 主极大位置 相邻两缝间的光程差： 光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果 讨 论 条纹最高级数 一定， 减少， 增大． 一定， 增大， 增大． 　光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远. 入射光波长越大，明纹间相隔越远. 例 用白光垂直照射在每厘米有6500条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角. 解 红光 第三级光谱的张角 第三级光谱所能出现的最大波长 绿光 紫光 不可见 例 波长为500nm和520nm的两种单色光同时垂直入射在光栅常数为0.002cm的光栅上，紧靠光栅后用焦距为2米的透镜把光线聚焦在屏幕上。求这两束光的第三级谱线之间的距离。 解： f x2 x1 光栅衍射光谱的光强分布 缺级：按多缝干涉应出现明纹处，由于衍射效应反成为暗纹的现象。 设： 则： 缺级 第23章 光的衍射 物理学 * 8-0 第八章教学基本要求 物理学 第五版 光的衍射 光在传播过程中若遇到尺寸比光的波长大得不多的障碍物时，光会绕过障碍物的边缘进入几何阴影区并形成明暗变化的光强分布的现象 23.1 光的衍射和惠更斯-菲涅耳原理 圆孔衍射 单缝衍射 * * 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 夫 琅 禾 费 衍 射 光源、屏与缝相距无限远 缝 在实验中实现 夫琅禾费衍射 菲 涅 尔 衍 射 缝 光源、屏与缝相距有限远 23.2单缝的夫琅禾费衍射 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） 讨 论 (1)第一暗纹距中心的距离 第一暗纹的衍射角 一定， 越大， 越大，衍射效应越明显. 光直线传播 增大， 减小 一定 减小， 增大 衍射最大 第一暗纹的衍射角 角范围 线范围 中央明纹的宽度 (2)中央明纹 （ 的两暗纹间） 单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？ 不同缝宽的单缝衍射条纹的比较 0.16 mm 0.08 mm 0.04 mm 0.02 mm 越大， 越大，衍射效应越明显. 入射波长变化，衍射效应如何变化 ? (3)条纹宽度（相邻条纹间距） 除了中央明纹外其它明纹的宽度 干涉相消（暗纹） 干涉加强（明纹） (4)入射光非垂直入射时光程差的计算 （中央明纹向下移动） （中央明纹向上移动） 例 波长为546 nm的平行光垂直照射在 b = 0.437 mm的单缝上，缝后有焦距为40 cm的凸透镜，求透镜焦平面上出现的衍射中央明纹的宽度。 解： D 例 如图，一雷达位于路边 15m 处，它的射束与公路成 角. 假如发射天线的输出口宽度 ，发射的微波波长是18mm ，则在它监视范围内的公路长度大约是多少？ 解 将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝，衍射波能量主要集中在中央明纹范围内. 根据暗纹条件 (5)单缝衍射的动态变化 单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上. 单缝上下移动，根据透镜成像原理衍射图不变 . 方孔的夫琅禾费衍射图样 实验图样 仿真图样 矩形孔的夫琅禾费衍射 单缝衍射光强分布公式的推导 将狭缝分为N个半波带。 各光振动矢量： 相邻两光振