《光学教程》第五版姚启钧第四章光的衍射.ppt

第四章光的衍射 4.1 光的衍射现象 4.2 惠更斯—菲涅耳原理 4.3 菲涅耳波带(菲涅耳带） 4.4 菲涅耳衍射（圆孔和圆屏） 4.5 菲涅耳波带片 4.6 夫琅禾费单缝衍射 4.7 夫琅禾费双缝衍射 4.8 平面衍射光栅 4.9 晶体对X射线的衍射 4.10 夫琅禾费圆孔衍射 4.11 助视仪器的分辨本领 4.12 分光仪器 的分辨本领 （2） 由光栅方程 k=1 角距离： （3） 线色散率为： 第四章结束 I/4A02 -2 -1 0 1 2 单缝衍射 双缝干涉 双缝衍射 强度受单缝衍射因子调制 的双缝干涉花样。 d=3b 1. 干涉主最大位置 2. 最大光强为： 3. 缺级： 4. 中央主最大中条纹数 光强分布： 衍射花样： a.衍射的强度分布 单缝衍射 多缝干涉 ｝ 共同作用的结果 b. 衍射花样： 平行于缝的明暗相间的条纹，其强度受单缝衍射因子调制. (2)最大光强为单缝衍射的N2倍. 4.8.3 多缝衍射—光栅 (3)缺级： (4)干涉主最大之间存在N-1个极小，N-2个次最大 N大,条纹为暗的背景下锐细的亮线，这种条纹称为光谱线。 Is sin? 0 I0s -2 -1 1 2 (? /b) I N2I0单 sin? 0 4 8 -4 -8 (? /d ) 主极大缺 ±4,±8? 级 N = 4 d = 4b 多缝衍射 光强曲线 单缝衍射 轮廓线 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 c. 光栅方程 平行光垂直入射光栅表面所产生的光谱线位置 可表示为： 光栅方程 谱线的级数 斜入射光栅方程： d sin? o p f 观察屏 ? L λ 光栅 d sinθ0 θ0 和 ? 的符号规定: “+” :θ0 和?在法线同侧时 “-” :θ0 和?在法线异侧时 d. 光栅光谱 (1) 光栅的角色散 白光入射到光栅上, 观察屏上出现彩色条纹——光栅光谱 定义：单位波长间隔 所散开的角度。 n ? θ0 入射光 衍射光 光栅 （+） （-） 角色散特点： 零级条纹无色散，一级以后有色散，紫在内侧，红在外侧. 观察屏上看到的为线色散： ▲ ▲ ▲ 光谱的重叠 ▲ ▲ 角色散和线色散都与光栅缝数N无关 d越小，色散越大； (2) 谱线的 半角宽度 干涉主最大满足： 定义： 从主最大的中心到其一侧相邻最小值之间的角距离 相邻最小值： ｝ → 两式相减： ∴ 则 谱线变细； ▲ 谱线变细； ▲ 谱线变宽。 ▲ 说明了: 例题２：一光栅刻划面宽５cm，光栅常数d=10-3cm, 缝宽b=5×10-4cm,　光垂直入射，求： １）第一级可见光的光谱角宽度． ２）何处缺级？ ３）第一级极大与第三级极大的强度比． ４）波长500nm光的第一级谱线的半角宽度． b d 光栅平面 N N’ 满足： 4.8.4 闪耀光栅 透射光栅的缺点：主要在于无色散的零级主最大占总 　　　　　　　　能量的大部分 闪耀光栅的优点：将单缝的中央最大值的位置从零级光谱转移 到其他有色散的光谱级上。 处取得最大衍射光强度 光栅方程： *4.9 晶体对X射线的衍射 1895年德国人伦琴R?ntgen (1845-1923）发现了X 射线 - K A X 射线 X 射线管 + A? K间加几万伏高压 1901年伦琴获首届诺贝尔物理奖 K — 阴极，A — 阳极 X 射线 准直缝 晶体 · · · · 劳厄斑 劳厄实验（1912）： 晶体相当于三维光栅 X 射线 ? : 10-2 ? 101nm （10 -1 ? 10 2 ?） 普通光栅： 600 条/mm， X 射线? 太小? θ小,无法测。 一般用晶体（ d很小），有较大的θ（易测）， 做X射线的衍射实验。 衍射图样证实了X射线的波动性 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? d d? d?? α α dsinα 1 2 A C B α: 掠射角 d :晶格常数 NaCl d =0. 28nm 布喇格公式 晶面 应用: ▲已知α、? 可测d ▲ 已知α、d可测? — X射线晶体结构分析。 — X射线光谱分析。 布喇格父子（W.H.Bragg， W.L.Bragg）由于利用X射线分析晶体结构的杰