第十章光的衍射

第五節(jié)

光柵衍射

第四節(jié)

光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)

第三節(jié)

圓孔衍射

第二節(jié)

單縫衍射

第一節(jié)惠更斯－菲涅爾原理CollegePhysics大學(xué)物理惠更斯本章核心內(nèi)容1.單縫衍射譜的特征、成因、規(guī)律與描述。2.圓孔衍射艾里斑半徑的計(jì)算與應(yīng)用。3.透射光柵衍射譜的特征、形成、缺級(jí)與計(jì)算。CollegePhysics

大學(xué)物理第一節(jié)惠更斯－菲涅爾原理一、光的衍射現(xiàn)象1.實(shí)驗(yàn)裝置?

縫較寬,光直線傳播縫很窄,衍射現(xiàn)象明顯當(dāng)障礙物線度和波長(zhǎng)可比擬時(shí),衍射現(xiàn)象才明顯表現(xiàn)。光源、衍射屏、觀察屏2.幾種衍射現(xiàn)象?

第一節(jié)惠更斯－菲涅爾原理1.惠更斯原理？

在波傳播過(guò)程中,任何時(shí)刻波面(相位相同的點(diǎn)構(gòu)成的面)上的每一點(diǎn)都可看作發(fā)射子波(次波)的波源,在其后任一時(shí)刻,這些子波波面的包絡(luò)面成為整個(gè)波在該時(shí)刻的新波面。子波波源光傳播的幾何描述解釋光偏離直線惠更斯(1629-1695),荷蘭物理學(xué)家第一節(jié)惠更斯－菲涅爾原理2.菲涅爾原理?（1）子波的相干疊加

（2）數(shù)學(xué)表達(dá)式？基本原理光強(qiáng)的明暗分布?

菲涅爾指出波場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)度由各子波在該點(diǎn)的相干疊加決定.點(diǎn)振動(dòng)可以由S面上所有面積元所發(fā)出的子波在該點(diǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)的疊加.：時(shí)刻波陣面*：波陣面上任一面元

(子波波源)子波在P點(diǎn)引起的振動(dòng)振幅?(解釋衍射譜的形成)第二節(jié)單縫衍射一、光學(xué)系統(tǒng)二、兩類衍射

1.夫朗禾費(fèi)衍射

2.菲涅耳衍射振幅矢量圖解法半波帶法光源、衍射屏、觀察屏第二節(jié)單縫衍射三、半波帶法

(1)從A向BC作垂線

1.方法要點(diǎn)？

取兩衍射平行光

(2)以半波長(zhǎng)λ/2等分BC

(3)過(guò)分點(diǎn)作AC平行線(4)將單縫等分為半波帶

AA1

A1A2

A2B

(5)相鄰半波帶對(duì)應(yīng)點(diǎn)

光程差？

四、衍射條紋亮暗的形成

1.暗條紋？

第二節(jié)單縫衍射偶數(shù)個(gè)半波帶

對(duì)應(yīng)衍射光疊加相消數(shù)學(xué)表達(dá)式？

2.亮條紋?

奇數(shù)個(gè)半波帶數(shù)學(xué)表達(dá)式？

(K=1，2，......)

其中偶數(shù)個(gè)半波帶在會(huì)聚點(diǎn)P產(chǎn)生的振動(dòng)互相抵消,剩下一個(gè)半波帶的振動(dòng)沒(méi)有被抵消。第二節(jié)單縫衍射干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）若單縫不能恰巧分成完整半波帶,屏幕上形成衍射條紋亮度會(huì)怎樣?思考:（介于明紋與暗紋之間）半波帶數(shù)?半波帶數(shù)?光強(qiáng)分布五、公式應(yīng)用1、中央明紋寬度?

（1）兩一級(jí)暗紋間距?

當(dāng)縫寬a與

可比時(shí),會(huì)出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象。光的直線傳播3.白光入射單縫？衍射光譜？在同一級(jí)光譜中,偏離中央明紋最遠(yuǎn)?第二節(jié)單縫衍射第二節(jié)單縫衍射（2）中央明紋的角寬度?

2、以上計(jì)算意義？暗紋中央明紋的線寬度測(cè)波長(zhǎng)

第三節(jié)圓孔衍射一、實(shí)驗(yàn)裝置？

艾里斑中央是個(gè)明亮的圓斑,外圍是一組同心的明環(huán)和暗環(huán)。中央明區(qū)集中了衍射光能的二、艾里斑(83.8%)

1.線半徑?比較單縫中央明紋線寬度

2.角半徑(半角寬度)?

比較單縫中央明紋的角寬度

艾里斑D圓孔直徑D越大,衍射角越小,衍射現(xiàn)象越不顯著第三節(jié)圓孔衍射三、光學(xué)儀器的分辨率？

1.瑞利判據(jù)？

如果一個(gè)物點(diǎn)艾里斑的圓心剛好與另一個(gè)物點(diǎn)艾里斑的邊緣(第一級(jí)暗環(huán))相重合，這兩個(gè)物點(diǎn)剛好能夠被光學(xué)儀器分辨.(望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、照相機(jī))幾何光學(xué)點(diǎn)物-點(diǎn)像波動(dòng)光學(xué)點(diǎn)物-像斑離得遠(yuǎn)可分辨瑞利判據(jù)剛能分辨離得太近不能分辨兩點(diǎn)光源(或物點(diǎn))恰能被光學(xué)儀器分辨的標(biāo)準(zhǔn)？.第四節(jié)光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)2.透鏡最小分辨角?

3.儀器分辨本領(lǐng)

提高光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)的途徑？望遠(yuǎn)鏡：

不可選擇,

DR天文觀測(cè)顯微鏡：D不會(huì)很大，R電子顯微鏡(兩物點(diǎn)剛好能分辨對(duì)透鏡中心所張的角）角半徑(半角寬度)微米-納米第四節(jié)光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)第五節(jié)光柵衍射一、實(shí)驗(yàn)

1.光柵？

2.光柵衍射現(xiàn)象？

d=a+b(10-5-10-6m)

光柵常數(shù)b不透光a透光

d反射光柵d透射光柵通常在1cm寬度內(nèi)刻有幾千條乃至上萬(wàn)條刻痕許多平行等寬度、等距離的狹縫排列起來(lái)的光學(xué)元件.尖銳、明亮二、衍射分析

1.方法？光遇多縫發(fā)生現(xiàn)象每條單縫衍射各縫之間干涉

單縫衍射+多縫干涉(1)每一單縫衍射第五節(jié)光柵衍射第五節(jié)光柵衍射(1)每一單縫衍射

暗紋明紋（2)多縫間發(fā)生干涉

考察相鄰單縫間干涉相鄰單縫兩平行光的光程差？（3)相長(zhǎng)干涉?

亮紋第五節(jié)光柵衍射2.光柵光譜的缺級(jí)現(xiàn)象?

(1)同一衍射角單縫暗紋當(dāng)光柵明紋處恰滿足單縫衍射暗紋條件,這就使本應(yīng)出現(xiàn)干涉亮線的位置,變成強(qiáng)度為零的暗點(diǎn),這種現(xiàn)象稱為缺級(jí)現(xiàn)象。缺級(jí)條件？光柵衍射加強(qiáng)條件單縫衍射減弱條件第五節(jié)光柵衍射（2)缺級(jí)的計(jì)算干涉明紋缺級(jí)級(jí)次k課堂練例12-5單縫衍射在光柵衍射中的調(diào)制作用第五節(jié)光柵衍射例

波長(zhǎng)為6000?的單色光垂直入射在一光柵上，第二級(jí)明紋出現(xiàn)在sin

2=0.2處，第4級(jí)為第一個(gè)缺級(jí)。求：(1)光柵上相鄰兩縫的距離是多少？(2)狹縫可能的最小寬度是多少？(3)按上