光的衍射、、.pptVIP

* 6.4 光的衍射(绕射) (Diffraction of Light) 光在传播过程中能绕过障碍物边缘，偏离直线传播，进入几何阴影区域，并出现光强不均匀分布的现象称为光的衍射。 激光光源，入射光为平行光。 单缝，调节缝宽a，衍射条纹发生变化。 屏，放在离单缝较远处(满足远场条件)，在屏上可观察到夫朗和费单缝衍射条纹 。 单缝衍射实验 6.4.1 光的衍射现象 小圆板 观察屏 o f ? 单狭缝 透镜 P 观察屏 o 衍射屏 f ? 圆孔 透镜 P 观察屏 o 衍射屏 * s 观察屏 o 小圆孔 衍射屏 (1) 菲涅耳(Fresnel)衍射 近场衍射 (2) 夫琅和费(Fraunhofer)衍射 远场衍射 光源和观察屏（或二者之一）离衍射屏的距离有限。 其衍射图形会随观察屏到衍射屏的距离而变 光源和观察屏都离衍射屏无限远时的衍射。 这种衍射实际上是菲涅耳衍射的极限情形。 6.4.3 菲涅耳衍射、夫琅和费衍射 补充： 6.4.2 惠更斯—菲涅耳原理（Huygens─Fresnel principle） 惠更斯原理：波在传播过程中，波面上的各个点都可看成发射子波的波源。可解释波的传播方向。 ? · · p dE(p) r Q dS S(波面) 设初相为零 n 2） K(? ): 方向因子 取决于Q点处的强度 1）各子波在空间某点的相 干叠 加， 就决定了该点波的强度。 菲涅耳积分公式 观察屏 S * f f ? a ? ? 透镜L? 透镜L · P A B 缝平面 0 (缝宽) S: 光源 : 衍射角 逆时针, 取“+” 顺时针, 取“-” 衍射屏 6.5 夫琅和费单缝衍射 (Diffraction by single slit ) ? 在±?/2 范围内 6.5.1 夫琅和费单缝衍射装置 相对于单缝，入射光线、衍射光线: 平行光线 P点明暗取决于单缝处波阵面上所有子波发出的平行光线到达P点的振动的相干叠加。 6.5.2 用菲涅耳半波带分析夫琅和费单缝衍射图样 ▲ A→P 和 B→P 的光程差 观察屏 S * f f ? a ? ? 透镜L? 透镜L · p A B 缝平面 0 δ θ 1′ 2 a B A 半波带 半波带 1 2′ 两个“半波带”面积相等，到P点距离近似相等，在P点引起的光振动的振幅近似相等，因此相邻两半波带上发的光在P 处干涉相消形成暗纹。 λ/2 半波带 半波带 1 2 1′ 2′ ▲ 当 时， 暗纹 ▲当 时，可将缝分成三个“半波带” P 处为明纹 a λ/2 θ B A P 处形成暗纹。 ▲当 时, 可将缝分成四个“半波带”, a λ/2 B A θ ——暗纹 —— 明纹 (中心) —— 中央明纹 (中心) 在单缝夫琅和费衍射中，只讨论亮纹宽度，暗纹为一条线。 条纹特点 衍射角? 越大，AB被分成的半波带数越多，每一波带的面积越小，明纹的亮度越小，因此，单缝夫琅禾费衍射中间是一条最明亮的条纹，称为中央明纹。两侧对称地排列着强度较小，且逐渐变弱的明条纹。 一般情况 6.5.3 单缝衍射的条纹分布 1. 单缝衍射条纹的位置 ——暗纹 —— 明纹 (中心) o x P 2、中央明纹的宽度: λ Δx I 0 x1 x2 衍射屏 透镜 观测屏 Δx0 f ?1 中央明纹的角宽度 线宽度 — 衍射反比定律 3、其他明纹的宽度 — 单缝衍射明纹宽度的特征 相邻暗纹之间即为明纹宽度 4、波长对条纹间隔的影响 6、缝宽变化对条纹的影响 a 一定, ? 越长, 条纹间距越宽, 衍射明显 当 时， 屏幕是一片亮 7、k 越大明纹亮度越小 5、衍射光谱: a 过小 白光入射 彩色条纹 8 、单缝上下移动对条纹分布的影响 9 、光源上下移动对条纹的影响 * 0 s * 0 q 1 P 1 A B o L B A 10、透镜上下移动对条纹分布影响 条纹随透镜移动 无影响 ? /a -(? /a) 2(? /a) -2(? /a) sin? 0.047 0.017 1 0 相对光强曲线 0.047 0.017 I / I0 11. 光强分布 （1）强度分布不均匀，绝大部分集中在中央明纹。 （2）中央明纹宽度约为其它各级亮纹的两倍。 光的干涉和衍射所讨论的都是相干光