《第十一章光学(光的衍射)》-课件.pptVIP

3. 光栅衍射 （1）各干涉主极大受到单缝衍射的调制。 （2）缺级现象 I单 sin? 0 I0单 -2 -1 1 2 (? /b) 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 = 4b I N2I0单 sin? 0 4 8 -4 -8 (? /d ) N = 4 d = 4b 为整数比时，会出现缺级。 明纹缺级现象的分析： 单缝衍射暗纹位置： 干涉明纹缺级级次 干涉明纹位置： 时， 此时本应该干涉加强的位置 由于没有衍射光到达，从而出现缺级。 例如 d =4b，则缺?4级，?8级? 单缝衍射和多缝衍射干涉的对比 （d =10 b） 19个明条纹 缺级 缺级 单缝 多缝 三、斜入射的光栅方程 光栅 观察屏 λ d sin? L o p f ? i d sin i — 斜入射的光栅方程 斜入射可以获得更高级次的条纹 例题: ?=500nm 的平行光以 i =30o 斜入射, 已知d=0.01mm 求:（1）0 级谱线的衍射角；（2）O点两侧可能见到的 谱线的最高级次和总谱线数。 解 （1） （2） 最高29级；共39条谱线 * 理学院 物理系 张建锋 §11-6 光的衍射（ diffraction of light ） 一、光的衍射现象（绕射） 菲涅耳斑（泊松亮点、阿喇戈斑） 二、惠更斯-菲涅耳原理 惠更斯原理：（1690年） 2. 惠更斯原理的优缺点： 缺点：①解释不了光强明暗分布！即不能定量的给出衍射波在空间各点波的强度； ②不能解释为什么不向后传播。 优点：能定性的解释波的衍射 3. 惠更斯-菲涅耳原理：（1818年） 从同一波阵面上各点发出的子波是相干波。各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。 ? · p dE(p) r Q dS S(波前) 设初相为零 n · K(? )： K(? ) 称为方向因子。 ? = 0， K=Kmax= 1 ? ??K(? )? ? ? 90o，K = 0 三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 光源 障碍物 观察屏 S P D L B * 1. 菲涅耳（Fresnel）衍射 — 近场衍射 2. 夫琅禾费（Fraunhofer）衍射 — 远场衍射 L 和 D中至少有一个是有限值。 L 和 D皆为无限大 （实验中可用透镜实现）。 §11–7 单缝衍射（夫琅禾费衍射） 一、实验光路图 （缝宽） S：单色线光源 ? ： 衍射角 A→P 和 B→P 的光程差为 p · ? ? δ S f f ? b 透镜L? 透镜L A 缝平面 观察屏 0 B * C 二、半波带法 1. —— 中央明纹（中心） 2.当 时， 1′ 2 A B b θ 半波带 半波带 1 2′ 两个“半波带”发的光在 p 处干涉相消形成暗纹 ?/2 可将缝分为两个“半波带” 相消 相消 3. 当 时，可将缝分成三个“半波带” —— p 处形成明纹（中心） ?/2 θ b A B 其中两相邻半波带的衍射光相消，余下一个半波带的衍射光不被抵消 b ?/2 A B θ 4. 当 时， 可将缝分成四个“半波带” 两相邻半波带的衍射光相消， ——p 处形成暗纹。 暗纹 明纹 中央明纹（中心） 综合： 2k 个半波带 2k+1个半波带 注意 1. k 的取值范围 （1）不能取0 （2）不能取无穷大， 2. 注意与杨氏双缝干涉条件的区别 三、暗纹位置与条纹宽度 1. 暗纹位置 I 0 x1 x2 衍射屏 透镜 观测屏 f ?1 —— 中央明纹宽度是其它明纹宽度的两倍，其它明纹等宽。 2. 中央明纹（主极大）宽度 角宽度 线宽度 3. 其他明纹（次极大）宽度 单缝衍射明纹宽度的特征 第k级明纹的宽度 I 0 x1 x2 f ?1 四、条纹移动（动态变化） 1. 波长对条纹间隔的影响 波长越长，条纹间隔越宽，衍射越明显。 白光入射时，看到的条纹分布如何？ 2. 缝宽变化对条纹的影响 缝宽越小，条纹间隔越宽。 衍射反比律 当 b? 时，只显示单一的明条纹 几何光学是波动光学在b ? 时的极限情形。 3. 单缝上下移动，对条纹的影响 单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上. 根据透镜成像原理衍射图不变。 4. 入射光非垂直入射时,对条纹的影响 （中央明纹向下移动） 五、光强分布 1. 定性分析 ①θ 越大，则缝分的半波带越多，每个半波带包含的子波数就越少，剩余的子波数就越少。 ②θ 越大，子波的振幅就越小