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上次课的内容复习 薄膜干涉 属于分振幅法产生相干光束. k=1,2,3? ? 一.等倾干涉 1 薄膜各处厚度e相等,入射角度i为零时; 增反膜 增透膜 2 薄膜等厚,即e=常数, 入射光有不同的入射角. 干涉图样是一组明暗相间的同心圆环,内疏外密,中央级次高与外缘. (平行光入射且入射角度i为零) 二.等厚干涉 1劈尖干涉 2牛顿环干涉 明环半径: 其中:k=1,2,3? ? 暗环半径: 其中:k=0,1,2,3? ? 明暗相间同心圆环,内疏外密,中央级次低于外缘的级次. 光束2′和1′发生干涉 若M?1、M2平行 ? 等倾条纹 若M?1、M2有小夹角 ? 等厚条纹 M?1 2 2? 1 1? 半透半反膜 补偿板 反射镜 反射镜 光源 观测装置 薄膜 则有： 若M1平移?d 时， 干涉条移过N条 S M2 M1 G1 G2 E 若光路1中插入待测介质 M1 1 l n 产生附加光程差： 相应移过 N 个条纹时 迈克耳逊干涉仪 应用1 应用2 本次课的重点:光的衍射 掌握单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律 掌握半波带法 了解干涉与衍射现象的区别和联系. 掌握光学仪器的分辨本领公式 波在传播过程中遇到障碍物，能够绕过 障碍物的边缘前进,这种偏离直线传播的现象 称为衍射现象。 一 光的衍射现象 缝宽由窄变宽时，衍射条纹变化 几何光学是波动光学在a ?时的极限情况. 二.衍射分类 S 菲涅耳衍射-近场衍射 夫琅禾费衍射-远场衍射 S 光源—障碍物—接收屏距离为有限远。 光源—障碍物—接收屏 距离为无限远。 衍射按光源、衍射屏和观察屏三者的位置关系分为两类： 三.菲涅耳-惠更斯原理 菲涅耳的补充假设—子波的干涉 惠更斯原理: 思考：为何衍射条纹与干涉条纹相象？ 在波的传播过程中,从同一波阵面上的各点发出的子波，经传播在空间某点相遇时，这些次级子波要相干叠加，这一点的振动即是相干叠加的结果。 菲涅耳-惠更斯原理 S E A K B 四.单缝夫琅禾费衍射 1.单缝夫琅禾费衍射实验装置 a P 狭缝横置 考虑屏上一点P的相干叠加情况 ? 衍射角 一束单色平行光入射！ 菲涅耳半波带法 衍射现象——子波干涉的结果 单缝边缘两支光线在衍射角度θ方向上的光程差 asin? a B A ? 1). 先考虑边缘两支光线 光程差 C 2. 菲涅耳半波带法 θ C1 2). 过C1与BC波面平行的面将缝等分为两个纵长带 则两个等面积长带皆为菲涅耳半波带 P 干涉相消 两个半波带在该衍射角度方向对应点发出的光在P点的光程差都为半个波长,——则在P点合成结果相互抵消。 P点为暗纹中心 若AC1=C1C=λ/2, a P? B A C 三个半波带发出的子波传播到P1点干涉的结果: 菲涅耳半波带法 显出亮纹！ 剩下一个半波带发的子波在P1点叠加 P1点位于明纹上(中心) 衍射角为?时半波带数目的奇偶决定了屏上P位置处的最亮或最暗!! 半波带数：4 (暗) 5 (明) 7(明) a ? a ? a ? 3. 单缝夫琅禾费衍射明暗纹中心条件: 特别注意：与干涉明暗纹的条件正好相反！！ a B A asin? a B A ? P C 思考1： P点对应的是明纹还是暗纹？ 答:没有完全抵消，是位于最明和最暗之间的亮度区域. 但不是亮的中心。 思考2：对应衍射角为零的各子波相干情况如何？ 各子波衍射光程差为零,P点位于为中央亮纹中心 菲涅耳半波带法 狭缝在原平面内平行移动,屏上条纹分布如何？ 若光线斜入射，则屏上条纹如何？ （在光栅中用到，请记住！） P ? 衍射角 衍射图象不变！ 单缝夫琅禾费衍射性质 衍射图象不变但随斜入射角度增加在屏上平移！ 思考3： 思考4： 例: 单色平行光以?角度斜射到宽为a的单缝,求中央亮纹中心的对应的衍射角 解:如图 A B C D ? ? 束中的最大光程差 AD、BC分别为入射、反射光 中央亮纹中心 λ Δx I 0 x1 x2 衍射屏 透镜 观测屏 Δx0 f (I)角宽度:一个完整条纹两侧对透镜光心的张角 中央明纹角宽度： 4.单缝夫琅禾费衍射性质 1)中央明条纹的半角宽度即第一暗纹的衍射角。 当?很小时 其它明纹角宽度： 1)中央明条纹宽度 衍射反比律: 中央明条纹宽度是其它明纹宽度的二倍.明纹的宽度正比于波长,反比于缝宽. 单缝夫琅禾费衍射性质 2)其它明条纹的线宽度 (II)线宽度: S E A K B (III) 明条纹的亮度:中央明纹最亮,两侧显著递减。 亮度 (IV)复色光明纹会显示色散 单缝夫琅禾费衍射性质 除零级外，其它明条纹中心位置与半波带法结果略有不同。 条纹的位置与波长?有关,形成衍射光谱,内侧