光第4章.pptVIP

* 例 用每毫米有300条刻痕的光栅检验仅含有属于红和蓝的两种准单色成分的光谱.已知红谱线波长?红在0.63－0.76?m范围,蓝谱线波长?蓝在0.43－0.49?m范围.当光垂直入射时,发现在24.46o处,两谱线同时出现.(1)何处还会出现复合谱线？（2）在何处只有红谱线出现？ 解:(1)由第一次重迭确定两种谱线的波长 * 红光最大级次 红光的第4级与蓝光的第六级谱线还会重合。重合处 * （2）因为红光的第二、第四级与蓝光重合，且最多只能看到四级，所以纯红谱线的第一、第三级将出现。 * 作业：光学第4章 P196－20、22、26 * -(?/a) 0 (?/a) 2(?/a) -2(?/a) sin? I / I0 光强曲线 P0 P1 P2 P-1 P-2 * 例1 人眼的瞳孔为3mm,可见光波长5500?，一迎面开来的汽车，其两车灯相距为1m，试求车离人多远时，两个车灯刚能被分辨？ 解：人眼的最小分辨角 两车灯对人眼所张角度 * 小结： 一、惠更斯—菲涅耳原理 1.子波相干叠加思想 2.衍射的理论基础 二、夫琅禾费衍射 1.半波带法 2.条纹的静态和动态特征 3.光学仪器的分辨率 * 预习：光栅衍射的内容 作业：光学第4章 P196－1、2、3 * 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 ? * 单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？ * 小孔（直径D）对两个靠近的物点光源的分辨 讨论条纹变化： 1） 缝宽变化 当 aλ, 衍射现象消失,光按几何光学成像。 2） 缝垂直入射光上下平移 v 缝的移动只是改变光束在透镜上的位置，不改变光线的入射角，因此条纹位置不变。 上节课： * 可见，双缝干涉和单缝衍射条纹间距小，亮度暗，不易观测，不适用于高精度的光谱测量。 怎样获得亮度大、分得开而本身又很细的条纹？ 三、 光栅衍射 光栅能获得间距较大且极细、极亮的衍射条纹 单缝应用：测光谱线的波长 * 天然光栅：晶体 透射光栅：大量等间距的平行狭缝 反射光栅：------------反射面 分类 （一）光栅 1. 光栅及光栅常数d 光栅：由大量等宽等间距的平行狭缝所组成的光学元件。 在玻璃片或光滑金属面刻划直线，制成透射、反射光栅。 制作 反射光栅 d 透射光栅 d * 从广义上理解，任何具有空间周期性的 衍射屏都可叫作光栅。 普通光栅刻线每毫米达几十条至上千条刻痕 用电子束刻制可达数万条/mm（d ?10-1?m）。 光栅常数： (N条刻痕/mm) d 透射光栅 光栅常数是光栅空间周期性的表示。 * 在夫琅禾费衍射下， 位置的关系如何呢 （二） 光栅的夫琅禾费衍射 ? 0 p 焦距 f 缝平面 G 观察屏 透镜 L ? dsin? d ? 每个缝的衍射图样 1.光栅各缝衍射光的叠加 （是否会错开）？ * 干涉主极大的位置仍由 d 决定，而没有变化。 以双缝的夫琅和费衍射光的叠加为例来分析： 不再相等，而是受到了衍射的调制。 干涉条纹的各级主极大的强度将 各缝的衍射光在主极大位置相同的情况下 相干叠加。 但各个 I θ θ 每个缝的衍射光重叠 相干叠加 a d f 透镜 θ ? * 2.光栅衍射条纹的形成 每个狭缝产生单缝衍射，所有缝在屏上的单 缝衍射图样重叠。 不同狭缝间产生多缝干涉，形成许多等间距明 亮谱线，而谱线强度受单缝衍射曲线的调制。 光栅衍射是单缝衍射和多缝干涉的综合效果。 用光栅截取波面，有N个单狭缝的相干光： * sin? 0 I单 I0单 -2 -1 1 2 (?/a) 单缝衍射光强曲线 I N2I0单 0 4 8 -4 -8 sin? (?/d) 单缝衍射 轮廓线 光栅衍射光强曲线 sin? N2 I0单 0 4 -8 -4 8 (?/d) 多光束干涉光强曲线 * （三）光栅衍射条纹的特征 1.光栅方程－讨论多缝干涉效果（主极大位置） o P f ? ? d ? dsin? 相邻缝两束光到P点光程差： 所有相邻缝的光到P点位相差都相同。 对应的明纹称为光栅衍射的主明纹。 若光程差为： 干涉加强为明纹 * ▲主极大—谱线（合光强是一缝的N2倍 ） dsin?=?k? (k=0,1,2…) I N=4 主极大 光栅方程－N个缝间干涉加强的条件 ▲谱线的角位置 ▲特点1：由于光栅常数与波长之比可使θ不一定很小，这说明光栅可实现大角度衍射。 ▲大角度易于实现精密测量，但衍射条纹的级次往往有限。 * 2. 光栅衍射的暗纹数目（多缝干涉相消） 将N个d看成波带，其最大光程差： 若?m可分成偶数个半波带，则在p点干涉相消 I 主极大 ? ? ? 极小 次极大 N=4 例如，N=4,k/＝1,2