大学物理课件13光的衍射

1、 第十三章第十三章 光的衍射光的衍射13-1 13-1 光的衍射现象光的衍射现象 惠更斯惠更斯- -菲涅耳原理菲涅耳原理 13-2 13-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射 13-3 13-3 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率 13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅 13-5 13-5 x x 射线衍射射线衍射第十三章第十三章 光的衍射光的衍射l l衍射现象：衍射现象：波偏离直线传播的现象波偏离直线传播的现象 13-1 13-1 光的衍射现象光的衍射现象惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理一、光的衍射现象一、光的衍射现象13-113-1 光的衍射现象光的衍射现象第十三章第十三章 光的衍射光的衍射13-113-1 光的衍射现象光的衍射现象第十三章第十三章 光的衍射光的衍射二、分类二、分类1. 1.菲涅耳衍射菲涅耳衍射: : 光源和显示屏中的一个或光源和显示屏中的一个或 两个与衍射孔两个与衍射孔( (缝缝) )相距为有限远相距为有限远光源显示屏显示屏孔孔( (缝缝) )13-113-1 光的衍射现象光的衍射现象第十三章第十三章 光的衍射光的衍射2. 2.夫朗和费衍射夫朗和费衍射：光源和显示屏与

2、衍射光源和显示屏与衍射 孔孔( (缝缝) )相距为无限远相距为无限远( (入射和衍射光都入射和衍射光都 是平行光是平行光, ,一般通过透镜实现一般通过透镜实现) )13-113-1 光的衍射现象光的衍射现象第十三章第十三章 光的衍射光的衍射FF菲涅耳假定：菲涅耳假定：波在传播时，从同一波波在传播时，从同一波 阵面上各点发出的子波，经传播而在阵面上各点发出的子波，经传播而在 空间某点相遇时，产生空间某点相遇时，产生相干相干叠加叠加三、三、惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理-惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理13-113-1 光的衍射现象光的衍射现象第十三章第十三章 光的衍射光的衍射一、实验装置一、实验装置13-213-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射13-213-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射第十三章第十三章 光的衍射光的衍射二、衍射图像的分布规律二、衍射图像的分布规律222213-213-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射-菲涅耳波带法菲涅耳波带法第十三章第十三章 光的衍射光的衍射(1)(1) BC=a asinsin =2( /2) - - 2 2个波带个波带FFA A0 0

3、和和0 0B B波带上对应点发出波带上对应点发出 的子波到达的子波到达P P点时的位相差点时的位相差 为为 ，相互干涉抵消相互干涉抵消 -P P点为暗纹点为暗纹 (2)(2) BC=asin=3( /2) - 3个波带FF有一个波带未被抵消有一个波带未被抵消 -P P点为明纹点为明纹13-213-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射第十三章第十三章 光的衍射光的衍射(3)(3)BC=asin =n( /2) - - n n个波带个波带FFn n为偶数：为偶数：成对干涉抵消成对干涉抵消-暗纹暗纹FFn n为奇数：为奇数：剩一个波带未被抵消剩一个波带未被抵消-明纹明纹-明纹明纹-暗纹暗纹13-213-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射第十三章第十三章 光的衍射光的衍射(4)(4)a asinsin 不等于不等于 /2/2的整数倍时的整数倍时, , 光强介于光强介于 最明与最暗之间最明与最暗之间(1)(1)中央明纹：两个第一中央明纹：两个第一 级暗纹中心间的明纹级暗纹中心间的明纹半角宽半角宽讨论：讨论：线宽度线宽度13-213-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射第十三章第十三章 光的衍射

4、光的衍射(2)(2)其它其它相邻相邻明明( (暗暗) )纹的纹的间距是中央亮纹间距是中央亮纹 宽度的一半宽度的一半(3)(3) 变化则衍射位置变化；变化则衍射位置变化； 一定时，一定时，a a 越小，衍射作用越明显越小，衍射作用越明显13-213-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射第十三章第十三章 光的衍射光的衍射(4)(4)中央明区最亮，中央明区最亮， 随级数增大，亮随级数增大，亮 度迅速减小度迅速减小13-213-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射第十三章第十三章 光的衍射光的衍射 例例11单缝衍射实验中，透镜焦距单缝衍射实验中，透镜焦距f f=0.5m=0.5m ，入射光波长入射光波长 =5000=5000 ，缝宽缝宽a a=0.1mm=0.1mm 。求求(1)(1)中央明纹宽度中央明纹宽度; (2); (2)第一级明纹宽第一级明纹宽 度度解：解： (1)(1)中央明纹宽度中央明纹宽度13-213-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射第十三章第十三章 光的衍射光的衍射(2)(2)第一级明纹宽度为第一级暗纹和第二第一级明纹宽度为第一级暗纹和第二 级暗纹间的距离级暗纹间的距离13

5、-213-2 单缝夫朗和费衍射单缝夫朗和费衍射第十三章第十三章 光的衍射光的衍射13-313-3 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率一、圆孔的夫朗和费衍射一、圆孔的夫朗和费衍射 爱里斑爱里斑第一级暗环衍射角满足第一级暗环衍射角满足13-313-3 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率第十三章第十三章 光的衍射光的衍射能分辨能分辨二、光学仪器分辨率二、光学仪器分辨率13-313-3 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率第十三章第十三章 光的衍射光的衍射不能分辨不能分辨恰能分辨恰能分辨爱里斑最小分辨角13-313-3 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率第十三章第十三章 光的衍射光的衍射FF瑞利准则：瑞利准则：对光学仪器来说，如果一对光学仪器来说，如果一 个点光源衍射图样的中央最亮处刚好个点光源衍射图样的中央最亮处刚好 与另一个点光源衍射图样的第一个最与另一个点光源衍射图样的第一个最 暗处相重合，则这两个点光源恰好为暗处相重合，则这两个点光源恰好为 该仪器所分辨该仪器所分辨爱里斑分辨率分辨率13-313-3 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率第十三章第十三章 光的衍射光的衍射13-313-3 光学仪器的分

6、辨率光学仪器的分辨率第十三章第十三章 光的衍射光的衍射13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅一、光栅的结构和用途一、光栅的结构和用途 FF由许多等宽等间距的狭缝构成由许多等宽等间距的狭缝构成类型：类型：透射光栅，反射光栅透射光栅，反射光栅透射透射 光栅光栅反射反射 光栅光栅13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射-光栅常数-相邻两缝光线的光程差13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射二、光栅衍射图样的形成二、光栅衍射图样的形成1. 1.光栅的多缝干涉光栅的多缝干涉相邻两缝相邻两缝光束间的相位差光束间的相位差FF光栅的衍射条纹是光栅的衍射条纹是衍射衍射和和干涉干涉的总效的总效 果果13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射设光栅有设光栅有N N条缝条缝讨论：讨论：(1)(1)a =2k此时合振幅最大此时合振幅最大-光栅方程光栅方程-出现明纹出现明纹( (主明纹主明纹) )13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射(2)(2) -出现暗纹出现暗纹m m的的取值取值：此时围成此时

7、围成m m个正多边个正多边形，合振幅为零形，合振幅为零13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射FF每两个相邻主明纹之间有每两个相邻主明纹之间有N N-1-1条暗纹和条暗纹和 N N-2-2条次明纹条次明纹极小:1次明纹:0N=2极小:3次明纹:2N=4极小:5次明纹:4N=6FF光栅条数越多光栅条数越多, ,暗区越宽暗区越宽, ,明纹越窄明纹越窄13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射2. 2.单缝衍射对多缝干涉的影响单缝衍射对多缝干涉的影响FF若在某一衍射角若在某一衍射角 下同时满足下同时满足 多缝干涉极大多缝干涉极大 单缝衍射极小单缝衍射极小-缺级级数缺级级数FF各主极大受单缝衍射的调制，某些位各主极大受单缝衍射的调制，某些位 置出现缺级置出现缺级13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射单缝衍射单缝衍射多缝干涉多缝干涉光栅衍射光栅衍射13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射三三、光线斜入射光线斜

8、入射相邻两缝光线的光程差相邻两缝光线的光程差FF斜入射时的光栅方程为斜入射时的光栅方程为13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射四、光栅光谱四、光栅光谱FF复色光入射时，除复色光入射时，除 中央明纹外，不同中央明纹外，不同 波长的同级明纹以波长的同级明纹以 不同的衍射角出现不同的衍射角出现 -光栅光谱光栅光谱一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射 例例22双缝缝距双缝缝距d d=0.40mm=0.40mm, , 两缝宽度都是两缝宽度都是 a a=0.08mm=0.08mm，用波长用波长 =4800=4800 的平行光垂的平行光垂 直照射双缝直照射双缝, , 在双缝后放一焦距在双缝后放一焦距f f =2.0m=2.0m的的 透镜透镜, , 求求:(1):(1)在透镜焦平面处的屏上，双在透镜焦平面处的屏上，双 缝干涉条纹的间距缝干涉条纹的间距 x x; (2); (2)在单缝衍射中在单缝衍射中 央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目解：解： (1)(1)对双缝

9、干涉第对双缝干涉第 k k 级明纹有级明纹有13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射第第 k k 级明纹在屏上的位置级明纹在屏上的位置13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射(2)(2)即在单缝衍射中央明纹范围内出现双缝即在单缝衍射中央明纹范围内出现双缝 干涉明纹的干涉明纹的级次级次为为即明纹即明纹级数级数为为-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 413-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射 例例33一平面透射光栅，在一平面透射光栅，在1 1mmmm内刻有内刻有 500500条纹。现用条纹。现用 =0.5910=0.5910-3-3mmmm钠光谱观钠光谱观 察。求察。求(1)(1)光线垂直入射时光线垂直入射时, ,最多能看到第最多能看到第 几级光谱？几级光谱？(2)(2)光线以光线以30300 0角入射时，最多角入射时，最多 能看到哪几条光谱能看到哪几条光谱? ?解：解： (1)(1)光栅常数为光栅常数为13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射当当时时，k最大最大取整，即最多能看到第三级光谱取整，即最多能看到第三级光谱(2)(2)13-4 13-4 衍射光栅衍射光栅第十三章第十三章 光的衍射光的衍射FF入射线与衍射线同侧时入射线与衍射线同侧时取整，最多能看到第五级光谱取整，最多

《大学物理课件13光的衍射》由会员野鹰分享，可在线阅读，更多相关《大学物理课件13光的衍射》请在金锄头文库上搜索。