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第9章光 的 衍 射 本章主要内容 §1 光的衍射 Huygens-Fresnel原理 §2 单缝的Fraunhofer衍射 §3 光学仪器的分辨本领 §5 光栅衍射 §6 光栅光谱 §8 X射线的衍射 §1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理 §2 单缝的夫琅禾费衍射 * 哈佛自习室墙上的训言 此刻打盹，你将做梦；而此刻学习，你将圆梦。 我荒废的今日，正是昨日殒身之人祈求的明日。 觉得为时已晚的时候，恰恰是最早的时候。 勿将今日之事拖到明日。时间在流逝. 学习时的苦痛是暂时的，未学到的痛苦是终生的。 学习这件事，不是缺乏时间，而是缺乏努力。 即使现在，对手也不停地翻动书页。 现在淌的哈喇子，将成为明天的眼泪. 学习并不是人生的全部。但， 既然连人生的一部分——学习也无法征服， 还能做什么呢？ 请享受无法回避的痛苦。 只有比别人更早、更勤奋地努力，才能尝到成功的滋味。 ???? 第四章 光的衍射 第9章 光的衍射 衍射现象是波的基本特征之一。 声波、水纹波等 可见光（? ~ 10 -7 m）一般观察不到明显的衍射现象，只有通过实验的方法观察。 衍射——波在传播过程中遇障碍物时，传播方向发生偏折，即波绕过障碍物行进。 实例 第四章 光的衍射 平面水纹波通过小孔时发生的衍射 返回 “隔墙有耳” §4-1 光的衍射 Huygens-Fresnel原理 几何阴影 几何阴影 衍射屏 1. 光的衍射现象 光的衍射现象：光波在传播过程中遇障碍物时，光线发生偏折，并绕过障碍物边缘进入几何阴影区。 ? 光衍射的特征： ? 绕过障碍物边缘进入几何阴影区。 ? 障碍物对透光部分限制越强，衍射效果越明显。 ? 观察屏上的光强呈现一定的分布 （有明暗相间的条纹） §4-1 光的衍射 Huygens-Fresnel原理 圆 孔细丝 圆 盘 直 边 单缝栅格方格 各种形状的衍射屏： 对光通过有障碍的任何形状的衍射屏，都可能产生衍射现象。 ?夫琅禾费衍射： 光源和接收屏距衍射屏无限远 ? 两类典型的衍射实验： ?菲涅耳衍射： 光源和接收屏（或两者之一）距 距衍射屏有限远 §4-1 光的衍射 Huygens-Fresnel原理 屏幕上观察到的光强分布图案——衍射图样（花样） 孔径减小 圆孔Fresnel衍射图样 单缝Fraunhofer衍射图样 显示 §4-1 光的衍射 Huygens-Fresnel原理 ?惠更斯原理 原理： 介质中任一波面上的各点，都可以看成发射子波的波源，其后任一时刻这些子波的包迹就是新的波面。 §4-1 光的衍射 Huygens-Fresnel原理 A. Fresnel（法）在 的基础上，加进了子波相干叠加的思想，发展成惠更斯-菲涅耳原理： Huygens原理 2.惠更斯-菲涅耳原理 光波的波阵面上的各点，都可以看成发射子波的波源，这些波源发出的子波在波场中相遇，则相遇点的光强度由各子波在该点的相干叠加决定。 显示 衍射屏 接收屏 L? L §4-2 单缝的 Fraunhoher 衍射 ? 实验装置和衍射图样 图样特征： 中央为很强的零级明纹；两侧有较暗的明纹。明暗条纹相间。相邻暗纹的间距相等。中央明纹的宽度是相邻暗纹间距的两倍。 返回 衍射屏 观察屏 ? * S L? L a 衍射 条纹 P §4-2 单缝的 Fraunhoher 衍射 ? 半波带 对特定的衍射角 ?，将单缝处宽为a的波阵面分成许多等宽的纵长条带，使相邻两带上对应点发出的衍射光线光程差相差 ,这些带状区域，称为半波带。 利用半波带可以定量研究衍射问题 ——半波带法 P 半波带 o P C A B 显示 显示 1 2 A M N ？ ?角与半波带的个数 §4-2 单缝的 Fraunhoher 衍射 ? 暗纹条件 对衍射角? ，如果恰好可以分割狭缝为偶数个半波带，则衍射图样上与? 角对应的位置形成暗纹， 即满足下列暗纹条件： 返回 §4-1 光的衍射 Huygens-Fresnel原理 相干叠加 叠加为暗纹 4个半波带 叠加为暗纹 2个半波带 返回 A B C §4-2 单缝的 Fraunhoher 衍射 即满足下列明纹条件： ?高级次明纹的强度随级数增加而减小? ?越远离中心,级次越高,明纹的强度随级数增加而减小? 对任意衍射角? ，如果恰好可以分割狭缝为奇数个半波带，则衍射图样上与? 角对应的位置形成明纹， ? 明纹条件 显示 越大越远离中心o? §4-1 光的衍射 Huygens-Fresnel原理 5个半波带 叠加为暗 叠加为明纹 3个半波带 叠