第16章光及衍射1.ppt

大学物理学电子教案; 光在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边缘前进。光的这种偏离直线传播的现象称为光的衍射(diffraction)现象。干涉和衍射现象都是波所固有的特性，光的干涉和衍射现象为光的波动说提供了有力的证据。激光出现后，人们利用其衍射现象又开辟了许多新的领域。 本章主要讨论单缝、圆孔和光栅的夫琅禾费衍射。;一、光的衍射现象;*;图示：圆孔的衍射花样 ;图示：一个矩形孔的Fruanhofer 衍射花样 ;二、 惠更斯-菲涅耳原理;图示：Q处面元dS对P点的子波贡献 ; ? Q处面元 dS 处发出的子波对 P点的光场的贡献(复振幅)为;1882年，基尔霍夫(Kirchhoff)从严格的波动理论证明： ;光源;屏幕; 屏幕上任一点 P 点的光强取决于狭缝上各子波源到此的光程差。;(1)半波带的作法：;(2) 衍射主极大、主极小的条件 ;则明暗条纹在接收屏上的位置：; 规定以相邻暗斑中心之间的角距离作为其间亮斑的角宽度。 ; 条纹在屏幕上的位置与波长成正比，如果用白光做光源，中央为白色明条纹，其两侧各级都为彩色条纹。该衍射图样称为衍射光谱。;狭缝B点相对于A点的相位差： ;由几何关系;I? 的极值点： ;?;单缝衍射因子 ;不同宽度单缝的衍射花样 ;[例]用单色平行可见光，垂直照射到缝宽为b=0.5mm的单缝上，在缝后放一焦距f=1m的透镜，在位于焦平面的观察屏上形成衍射条纹，已知屏上离中央亮纹中心为1.5mm处的P点为明纹，求： (1)入射光的波长；(2)P点的明纹级和对应的衍射角，以及此时单缝波面可分成的半波带数； (3)中央明纹的宽度。 ;[例]在夫琅和费单缝实验中，垂直入射的平行单色光波长为 ? = 605.8nm，缝宽 b = 0.3mm，透镜焦距 f = 1m。求： (1)中央明纹宽度； (2)第二级明纹中心至中央明纹中心的距离； (3)相应于第二级和第三级明纹，可将单缝分出多少个半波带，每个半波带占据的宽度是多少？;爱里斑;3. 光强分布 圆孔衍射光强分布取决于圆孔衍射因子;;1.22;点物S;瑞利判据; 瑞利判据：物点S1的爱里斑中心恰好与另一个物点S2的爱里斑边缘(第一衍射极小)相重合时，恰可分辨两物点。;人眼的分辨本领;§16.3 光 栅;一、衍射光栅 ;3.光栅衍射图样的形成;多缝干涉;;?;矢量图解法;三、光栅衍射图样的特点;时，; 在两个主极大? =0和? =? 之间， 曲线 y1= 5tan? 和 y2= tan5? 有三个交点，即三个次极大。 ; 在两个主极大? =0和? =? 之间， 曲线 y1= 4tan? 和 y2= tan4? 有两个交点，即两个次极大。 ;N = 5 , d = 3b ;N = 5 , d = 3b ;N = 10 , d = 3b ;( 2 ) 主极强的半角宽度 ??; 当N数目很大时，光栅衍射的暗纹和次极大已连成一片，所以两主极大之间是一片暗区，主极大明条纹分得很开很细，由于光强集中在窄小的区域内，条纹很亮。 因此光栅衍射条纹特点是：在几乎黑暗的背景上呈现一系列分得很开又细又亮的明条纹。;( 3 ) 缺级;N = 10 , d = 5b ;由图可看出：N=? d/b=? 缺级发生在k=?;A;【例】用波长为500nm的单色光，垂直照射到每毫米有500条刻痕的光栅上。求： 1)第一级和第三级明纹的衍射角； 2)若缝宽与缝间距相等，用此光栅最能看到几条明纹？;【例】在钠蒸气发出的光中有两条谱线，它们的波长为589nm和589.59nm。使用每毫米内有1200条缝的15cm光栅，试问在一级光谱中这两条谱线的位置、间隔和半角宽度各多少？;四、光栅光谱;( 1 ) 角色散本领; 根据瑞利判据，要使波长为?的第k级谱线，能够与其相邻的波长为?+??的第k级谱线分辨清楚的极限是： 波长为?的第k级主极强外侧第一条暗线，刚好与波长为?+??的第k级主极强中心重合:; 光栅的色分辨本领R：恰能分辨的两条谱线的平均波长 ? 与它们的波长差??之比，即 ;[例]用每毫米有1200条缝的15cm光栅作为分光元件，组成一台光栅光谱仪。(1)问在可见光波段中部(??550nm)的一级光谱能分辨的最小波长差为多少？(2)如果用照相底片摄谱，由于乳胶颗粒密度的影响，感光底片的空间分辨本领为每毫米200条