大学物理_第十七章_光的衍射.pptVIP

本节内容 衍射理论及分类 夫琅禾费衍射:明暗条纹条件/条纹间距 光栅衍射：明暗条纹条件/缺级 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 单缝衍射 1）. 多光束干涉 o P 焦距 f 缝平面G 观察屏 透镜L ? ? dsin? d ? k = 0,1,2,3… ——光栅方程 设每个缝发的光在对应衍射角? 方向的P 点的光振动的振幅为Ep P点为主极大时 NEp Ep 相邻两缝光束间的光程差满足 明纹(主极大)条件 暗纹条件：若P点的光振动的合振幅为零，出现暗纹，各振幅矢量组成一闭合多边形，例如N=6，相邻两光振动的相位差为 推广到N个缝的情况： 时，合振幅为零 相邻两缝光束间的光程差满足 K’ = 1,2,3… 相邻两缝光束间的相位差满足 K’ = 1,2,3… 暗纹条件：N个缝在P点的N个振幅的矢量合为零。 又 由(1),(2)得 是明纹(主极大)条件 次极大：相邻主极大间有N－1个暗纹和N－2个 次极大。 暗纹间距= 2）. 光栅衍射 (1) 各主极大受到单缝衍射的调制 (2) 为整数比时，会出现缺级 I单 sin? 0 I0单 -2 -1 1 2 (? /a) I N2I0单 sin? 0 4 8 -4 -8 (? /d ) 单缝衍射 轮廓线 光栅衍射 光强曲线 N = 4 d = 4a 干涉明纹缺级级次 例1、波长为500nm和520nm的两种单色光同时垂直入射在光栅常数为0.002cm的透射光栅上。紧靠光栅用焦距为2m的透镜把光线会聚在屏幕上。求、这两种单色光的第一级谱线和第三级谱线之间的距离。 解、 f 例2、用每毫米有500条栅纹的绕射光栅观察钠光谱线 问：1、光线垂直入射； 2、光线以30度角入射时， 最多能看到第几级条纹？ 解：1、 最多条纹数由 决定 2、 f A B C ? = 0.5 ?m 的单色光垂直入射到光栅上，测得第三级主极大的衍射角为30o，且第四级为缺级。求：（1）光栅常数d；（2）透光缝最小宽度a；（3） 对上述 a、d 屏幕上可能出现的谱线数目。 解：（1） d =3 ?m （2）缺四级? a =0.75?m （3） k = 0， ? 1， ? 2， ? 3， ? 5 9条！ 例题3 五、光栅光谱 grating spectrum 通过光栅，把波长不同的同级谱线集合起来构成的一组谱线——光栅光谱，由光栅方程 可知波长 λ 越小，衍射角 θ 越小。因此，随着级次的增高，会出现不同级次的光谱线重叠现象。 白光 k=0 1 2 3 x 1级 1级 白光 2级 2级 确定，波长不同，衍射角不同 1、角色散 谱线分得开 光栅光谱 * （Diffraction of light） 夫琅禾费衍射 光栅衍射 一、波的衍射现象 diffraction phenomena of wave 波在传播过程中，遇到障碍物后不沿直线传播而向各方向绕射的现象。 声波（机械波）sound wave (mechanics wave) 水波 water wave 无线电波 radio wave 二、光的衍射现象 diffraction phenomena of light 当光遇到小的障碍物（小孔、金属细线）时，也出现偏离直线传播而进入几何阴影区，并在屏幕上出现光强不均匀的分布的现象。 —— 说明光是波 §13.4 光的衍射 三、衍射现象与波长有关 只有当障碍物/小孔线度和波长可以比拟时，衍射现象才明显地表现出来。 光波波长～4～7×10－5厘米 无线电波～几百米，微波～几毫米 声波波长～几十米，超声波～几毫米 (若广播台、电视台都在山前侧) ★ 如你家在大山后,听广播和看电视哪个更容易? * S 衍射屏 观察屏 a ? ? ? 10 - 3 a 光在传播过程中能绕过障碍物 ? * S 衍射屏 观察屏 L? L 的边缘而偏离直线传播的现象 远场衍射 近场衍射 (2) 夫琅禾费衍射 (1) 菲涅耳衍射 四. 分类: 光源 光源 衍射屏 观察屏 I 为夫琅禾费衍射，否则为菲涅耳衍射。 五、 惠更斯—菲涅耳原理 Huygens-Fresnel’s principle ⒈ 惠更斯原理：在波的传播过程中，波阵面（波面）（相位相同的点构成的面）上的每一点都可看作是发射子波（次波）的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包迹就成为新的波阵面。 平面波 t+?t时刻波面 · · · · · u?t 波传播方向 t 时刻波面 球面波 · · · · · · · · · · · · · ·