姚启钧光学课件--第二章.ppt

1. 惠更斯－菲涅耳原理 波面 S 上每个面积元 dS 都可以看成新的波源，它们均发出次波。波面前方空间某一点 P 的振动可以由 S 面上所有面积元所发出的次波在该点叠加后的合振幅来表示。 P点的合振幅的大小取决于露出的波带数, 而波带数又取决于圆孔的位置和大小． 如果对于P点露出的波带数为整数，为奇数相对应的那些点，合振幅较大；偶数相对应的那些点，合振幅较小． 如果带数不是整数，那么合 振幅介乎上述最大值和最小值之间． 结论：当置于P处的屏沿着圆孔的对称轴线移动时，将看合振幅到屏上的光强不断地变化． 直线传播与衍射的联系 有遮蔽 波面不完整 一些次波不能到达观测点 光强分布不均匀 衍射现象 无遮蔽 波面完整 所有次波都能到达观测点 光强分布均匀 光沿直线传播 衍射现象的极限 光传播 次波叠加 衍射 无论光是直线传播还是具有明显的衍射现象，都遵循惠更斯----菲涅尔原理。 4、光强分布 例题1. 波长为 ? = 632.8 nm 的He-Ne激光垂直地投射到缝宽 b = 0.0209 mm 的狭缝上。现有一焦距 f = 50 cm 的凸透镜置于狭缝后面，试求： (1) 由中央亮条纹的中心到第一级暗纹的角距离为多少？ (2) 在透镜的焦平面上所观察到的中央亮条纹的线宽度是多少？ 解1：(1)根据单缝衍射的各最小值位置公式 　令 k = 1，将已知条件代入上式，得　 由于 ? 1 很小，可以认为　　　　　　　 (2)由于?1 十分小，故第一级暗条纹到中央亮条纹中心的距离 x1 为 　　　　　　　　 因此中央亮条纹的宽度为 二、光栅衍射图样的特征 与单缝衍射图样相比，多缝衍射的图样中出现一系列新的强度最大值和最小值； 主最大的位置与缝数无关，但它们的宽度随缝数的增大而减小，其强度正比于缝数平方； 相邻主最大之间有N一1条暗纹和N一2个次最大； 强度分布中保留了单缝衍射的因子。 干涉与衍射的区别与联系 联系： 波动的相干叠加，物理上的中心问题都是相位差。 区别： 干涉：有限的或彼此离散的无限多光束的叠加；每束光按直线传播；明暗条纹间距（光强分布）均匀，是对几束光的粗略分析。 小 结 一、光的衍射现象 定义：光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。 2. 条件：障碍物的线度和光的波长可以比拟 二、惠更斯－菲涅耳原理 波面 S 上每个面积元 dS 都可以看成新的波源，它们均发出次波。波面前方空间某一点 P 的振动可以由 S 面上所有面积元所发出的次波在该点叠加后的合振幅来表示。 三、菲涅耳半波带 任何相邻两带的对应部分所发出的次波到达P点时的光程差都为λ/2 ，即相位相反。 Ak=(a1±ak)/2 四、菲涅耳波带片 只让奇数或偶数半波带透光的屏（光学元件） 五、衍射的分类 1. 菲涅耳衍射 六、平面透射光栅： 作业： P111: 2，4，7，8，9，10，12，14，15 六、主最大（谱线）的缺级 若本应该由相应级的干涉主最大出现的地方，恰好是单缝衍射的暗纹所在的位置，此时合成光强为零，即本应该出现的主最大不再出现，这种现象称缺级。 缺级发生在衍射角?，同时满足光栅方程（主最大）和单缝衍射极小两个条件的地方。 若在某衍射方向是 k级衍射极小,又是j 级干涉主最大,则有 { 由此两方程, 得 第j级干涉主极大被 k 级衍射极小调制掉. 例如 则 等级次被调制掉, 不出现. 结论：当d是b的倍数时，都会发生缺级。 由上式可见，光栅主最大的缺级与波长无关，而由光栅参数决定。 七、光栅光谱 如果入射光是包含几种不同的波长的复色光，由光栅主极大满足的光栅方程： 则除零级以外，各级主最大的位置各不相同。我们将可以看到在衍射图样中有几组不同颜色的谱线，分别对应于不同的波长。 把波长不同的同级谱线集合起来构成一组谱线，称为光栅光谱。 如果是白光，则光栅光谱中除零级仍为一条白色亮线外，其它各色谱线都排列成连续的谱带，第二、三级后可能发生重叠。如图 紫 红 紫 紫 紫 紫 紫 红 红 红 红 红 由光栅方程可得其重叠条件为： 例题：已知平面透射光栅狭缝的宽度b=1.582*10-3mm,若以波长6