13.6衍射光栅-10.pptVIP

第六节 衍射光栅 Plane diffraction grating ;一 、光栅衍射的实验装置;光栅平面图;问题的提出;(1)不考虑衍射时, 杨氏双缝干涉的光强分布：;(2)只考虑衍射时, 单缝衍射的光强分布：;(2)只考虑衍射时, 单缝衍射的光强分布：;将单缝衍射屏;* ;主极大位置不变，更明亮，更锐细。次极大分辩不清。;特征4、强度分布中保留了单缝衍射的痕迹，即曲线的包络与单缝衍射强度曲线的形状一样。;* ;* ;二. 光栅概述;光栅上每个狭缝（或反光部分）的宽度 a 和相邻两缝间不透光 (或不反光) 部分的宽度 b 之和称为光栅常数 d， 即 d = a + b;光盘的凹槽形成一个衍射光栅，在白光下能观察到入射光被分离成彩色光谱。 ;设单位长度内的刻痕条数为n，则光栅常数 ;光　　栅：能对入射光波的振幅或相位进行空间周期性调　 　　　　　制，或对振幅和相位同时进行空间周期性调 　　　　　　制的光学元件。;三、光栅的分光性能;２．光栅光谱与色散（衍射角与波长变化的关系）;角色散：波长相差1埃的两条谱线之间的角距离;*;３．光栅分辨本领;由上面两式可得;四、几种典型光栅;③ 角色散;2、正弦（振幅）光栅;;在计算强度分布时，如果N很大，则; ;3、正弦相位光栅;4、闪耀光栅 （平面定向光栅） ; 干涉零级主极大与单缝衍射主极大重合，起因于干涉和衍射的光程差均由同一衍射角决定。如图所示, 光沿任一角度i入射时，衍射单缝的缝两边缘点之间的光程差为 ;;照明方式;;;现在的优质光栅可以把近 80%的能量集中到所需要的λb的一级光谱上去，使其闪耀，λb称为一级闪耀波长。; 最后还应指出，尽管严格说来闪耀光栅在同一级光谱中只对闪耀波长产生极大的光强，而对其它波长则不能，但由于单槽衍射的中央主极大到极小有一定的宽度，所以闪耀波长附近一定波长范围内的谱线也会得到相当程度的闪耀。;;透射式阶梯光栅;② 透射式阶梯光栅的光程差 ;③ 反射式阶梯光栅的光程差 ;④ 实例 ;特点：;6、X 射线衍射;;X 射线有如下特点：在电磁场中不发生偏转，使某些物质发荧光，使气体电离，底片感光，具有极强的穿透力，能透过一般光线透不过的物体。 X 射线的本质是波长较短??电磁波，范围在0.001nm～10nm之间。是由原子中的电子在内壳层间的跃迁发出的辐射。 ;1912年德国物理学家劳厄发现了X射线通过晶体时产生衍射现象，证明了X射线的波动性和晶体内部结构的周期性。 ;X-射线衍射的发现过程： 劳厄发现X射线衍射和慕尼黑大学的科学气氛有密切关系，当时师生们讨论最多的一个问题就是X射线的本性。劳厄认为X射线是电磁波。1912年,劳厄在同一位博士研究生厄瓦耳交谈时，产生了用X射线照射晶体用以研究固体结构的想法。他设想X射线是极短的电磁波，而晶体又是原子（离子）的有规则的三维排列, 就像是一块天然光栅那样，只要X射线的波长和晶体中原子（离子）的间距具有相同的数量级，那么当用X射线照射晶体时就应能观察到干涉现象。这确实是一个极其奇特而又非常有效的方法。劳厄的“光学直觉”使他产生了思想上的飞跃，晶体中原子的排列如果是有规则的，其间距与入射波的波长同数量级，就有可能产生干涉。 ;X射线通过红宝石晶体(a)和硅单晶体(b)所拍摄的劳厄斑照片 ;晶体结构;;;1953年英国的威尔金斯、沃森和克里克利用X 射线的结构分析得到了遗传基因脱氧核糖核酸（DNA) 的双螺旋结构，荣获了1962 年度诺贝尔生物和医学奖。