衍射光栅及光栅光谱1ppt课件.ppt

一、衍射光栅一、衍射光栅1. 光栅光栅:反射光反射光栅透射光透射光栅a 透光透光宽度度不透光不透光宽度度2. 光光栅常数常数d大量等大量等宽等等间距的平行狭距的平行狭缝( (或反射面或反射面) )构成的光学元件构成的光学元件13.9 衍射光栅及光栅光谱狭狭缝数目数目  N光栅常数：光栅常数：光栅常数光栅常数衍射角衍射角a ：透光部分的宽度b：不透光部分的宽度光光栅常数：光常数：光栅的透明的透明缝宽度度 与不透明与不透明缝宽度度 之之 和和 —— —— 相相邻透明透明缝中心中心的的间隔1mm内含几百内含几百~几千条几千条线光栅的制造光栅的制造机制光机制光栅：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划痕：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划痕,刻刻过的的                      地方不透光，未刻的地方透光地方不透光，未刻的地方透光    全息光全息光栅：：经过全息照相，将激光全息照相，将激光产生的干涉条生的干涉条纹在干板上曝在干板上曝                        光，光，经显影定影制成全息光影定影制成全息光栅。

二、光栅衍射条纹二、光栅衍射条纹实验安装及衍射图样：实验安装及衍射图样：f屏屏光光栅栅透透镜镜平平行行光光实验安装及衍射图样：实验安装及衍射图样：光光栅的衍射是各个的衍射是各个单缝的夫琅和的夫琅和费衍射和多衍射和多缝的干涉的的干涉的总效果      光栅的每一条狭缝，都将在屏上构成衍射图样；光栅的每一条狭缝，都将在屏上构成衍射图样；而各缝发而各缝发出的光是相关光，故还会产生缝与缝之间的干涉出的光是相关光，故还会产生缝与缝之间的干涉单缝衍射单缝衍射多多缝干涉干涉光栅的衍射光栅的衍射1. 各个单缝衍射图样各个单缝衍射图样单缝的夫琅和的夫琅和费衍射衍射图样，，不随不随缝的上下挪的上下挪动而而变化由于：衍射角一由于：衍射角一样的光的光线，会聚在接，会聚在接纳屏的一屏的一样位置上即：即：N个个单缝衍射衍射图样在察看屏上的位置完全重合在察看屏上的位置完全重合〔〔1〕光栅方程〕光栅方程主极大主极大级数数2. 多缝干涉多缝干涉将光将光栅上的每一个透光上的每一个透光缝视为一个光源，它一个光源，它们是相是相关的相相邻两狭两狭缝发出的衍射角出的衍射角为    的两条光的两条光线的光程差的光程差为：：假假设此光程此光程 差差满足：足：       那么在屏幕上那么在屏幕上P点是加点是加强的，的，显然，其它恣意相然，其它恣意相临两两缝沿沿    方向的光程差也等于方向的光程差也等于λ的整数倍，的整数倍，P点也是加点也是加强的。

的故屏幕上故屏幕上P点将得到多光束干涉的干涉极大点将得到多光束干涉的干涉极大——明条明条纹中心此式称此式称为光光栅方程可可见明条明条纹的位置决的位置决议于于缝间光光线干涉的干涉的结果 k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=6k=-6缝数缝数 N = 5 光阴栅衍射的光强分布图光阴栅衍射的光强分布图光光栅条条纹随着随着N 增大而增大而变得越来越得越来越锋利亮堂利亮堂讨论讨论1. 主极大坐标位置主极大坐标位置2. 缺级缺级主极大明主极大明纹位置与位置与单缝衍射暗衍射暗纹位置重合位置重合单缝衍射振幅曲线如如那么缺那么缺级那么缺那么缺级主极大缺主极大缺级级数数缺级主极大条件主极大条件k = 0, 1, 2, 3,…p相相邻两束光的光程差两束光的光程差3. 斜入射的光栅方程斜入射的光栅方程假设假设 和和 在法线的异侧在法线的异侧相相邻两束光的光程差两束光的光程差当当 = -90° = -90°时当当 = 90° = 90°时一束波长为一束波长为 480 nm 480 nm 的单色平行光，照射在每毫米内有的单色平行光，照射在每毫米内有600600条刻痕的平面透射光栅上。

条刻痕的平面透射光栅上求求 (1) 光线垂直入射时，最多能看到第几级光谱？光线垂直入射时，最多能看到第几级光谱？(2) 光光线以以 30°入射角入射入射角入射时，最多能看到第几，最多能看到第几级光光谱？？例例解解 (1)(2)能出能出现的条的条纹的的级次次能出能出现的条的条纹的的级次次(2)  斜入射斜入射时，可得到更高，可得到更高级次的光次的光谱1)  斜入射斜入射级次分布不次分布不对称3) 垂直入射和斜入射相比，完好垂直入射和斜入射相比，完好级次数不次数不变阐明阐明解〔解〔1〕由光〕由光栅衍射主极大公式得衍射主极大公式得     例〔例〔练习册册59页〕波〕波长λ= 600nm的的单色光垂直入射在光色光垂直入射在光栅上，上，测得第二得第二级主极大的衍射角主极大的衍射角为300，且第三，且第三级缺缺级求：               〔〔1〕光〕光栅常数常数       为多少？多少？  〔〔2〕透光〕透光缝能能够的最小的最小宽度度         等等于多少？于多少？ 〔〔3〕在〕在选定了上述定了上述               和和     之后，求在衍射之后，求在衍射       角角                           范范围内能内能够察看到的全部主极大的察看到的全部主极大的级次。

次  (2)由于第三级缺级，那么对应于最小能够的由于第三级缺级，那么对应于最小能够的    ，， 方向应是单方向应是单缝衍射第一级暗纹：缝衍射第一级暗纹：〔〔3〕〕主极大主极大   (单缝衍射极小衍射极小)    ( k＇＇=1，，2，，3，，......) 因此因此  k =3，，6，，9，，........缺缺级．．  所以所以实践呈践呈现 k =0，，±1，，±2级明明纹(k =±4在在       处看不到)又由于又由于例〔例〔练习册册59页〕一衍射光〕一衍射光栅，每厘米，每厘米200条透光条透光缝，每条透光，每条透光缝宽为a=2×10-3cm,在光在光栅后放一焦距后放一焦距f=1m的凸透的凸透镜，，现一一λ=600nm的的单色平行光垂直照射光色平行光垂直照射光栅，求：〔，求：〔1〕透光〕透光缝a的的单缝衍射中央明条衍射中央明条纹宽度度为多少？〔多少？〔2〕〕该宽度内，有几个光度内，有几个光栅衍射衍射主极大？主极大？解〔解〔1〕〕    取取k=1有有〔〔2〕〕所以，中央明所以，中央明纹宽度度为取取k = 2，共有，共有k = 0，，±1，，±2 等等5个主极大个主极大   。