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衍射光栅及光栅光谱第1页，共22页，星期日，2025年，2月5日一.衍射光栅2.光栅常数d反射光栅透射光栅1.光栅—大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件Ch12-4衍射光栅及光栅光谱透光宽度不透光宽度光栅常数d是描述光栅性质的最重要的物理量之一，它反映了光栅的空间周期性。第2页，共22页，星期日，2025年，2月5日且光栅宽度l与总缝数N和光栅常数d存在如下关系l在实验室中用的光栅，一般有设光栅宽度为l，每毫米缝数为m，则总缝数第3页，共22页，星期日，2025年，2月5日二.光栅衍射图样的形成那么光栅的衍射条纹是不是把N个缝的衍射条纹直接叠加就可以了呢？下面我们看一些在实验室拍的单缝和光栅衍射的照片。*Sff?透镜L?透镜L·p光栅平面观察屏0第4页，共22页，星期日，2025年，2月5日单缝和不同缝数光栅的衍射条纹第5页，共22页，星期日，2025年，2月5日单缝衍射与光栅衍射条纹光强分布的比较单缝衍射光强曲线I0光栅衍射光强曲线由照片和光强分布曲线的对比可以看出：光栅衍射条纹并不是N个单缝的衍射条纹的直接叠加，为什么呢？原因在于光栅衍射中不同缝发出的光线之间也会发生相干叠加。第6页，共22页，星期日，2025年，2月5日光栅衍射条纹的分析P透镜L光栅光栅衍射条纹是每个缝自身的衍射和缝之间的干涉的综合效果。第7页，共22页，星期日，2025年，2月5日1.缝间干涉明纹（主极大）条件衍射角设每个缝自身衍射后的光线的光矢量振幅为A1(θ)，则明纹主极大处总振幅光栅条纹的特点一：明亮第8页，共22页，星期日，2025年，2月5日暗纹条件P以与0级主极大相邻的暗纹为例当时，可以把整个光栅分为两个光线不连续的“半波带”，对应的缝间的光线干涉相消，P处形成暗纹。可得0级主极大的半角宽度光栅条纹的特点二：细窄第9页，共22页，星期日，2025年，2月5日由以上分析可得，相邻的两个主极大之间有N-1条暗纹，相邻暗纹之间的光强也不为0，但是要远小于又光栅方程决定的明纹主极大的强度，称之为次极大，故相邻的两个明纹主极大之间还有N-2条次极大。同理，可得其它级次的暗纹条件第10页，共22页，星期日，2025年，2月5日光栅条纹的特点三：分散例如，当N=5时（暂没有考虑各缝自身衍射的影响）由于次极大的光强太小了以至于人眼看不到，所以在相邻的两个主极大之间是一片暗区第11页，共22页，星期日，2025年，2月5日2.单缝衍射对光栅多光束干涉结果的调制I/I0单缝衍射光强曲线I/16I00单缝衍射轮廓线光栅衍射光强曲线第12页，共22页，星期日，2025年，2月5日若衍射角θ同时满足条件则每缝出射的光线因各缝自身的单缝衍射而相消，因而尽管各缝间的干涉是加强，但仍为暗纹。——这一现象叫缺级单缝衍射对缝间干涉调制的特例：缺级第13页，共22页，星期日，2025年，2月5日缺级满足关系得从和缺级满足的关系光栅条纹的特点四：可能缺级问：缺级是否一定从存在？第14页，共22页，星期日，2025年，2月5日例：双缝衍射的结果讨论第15页，共22页，星期日，2025年，2月5日讨论观察屏上条纹最高级次第16页，共22页，星期日，2025年，2月5日