1、1.第20章：光衍射，20.1光衍射和惠更斯-菲涅耳原理20.2單夫瑯和費(fèi)衍射20.3光學(xué)儀器的分辨率20.5光柵衍射20.6 x射線衍射，2.1。光衍射現(xiàn)象，2。衍射現(xiàn)象：波在傳播過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，會(huì)繞過(guò)障礙物的邊緣，偏離直線傳播。1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：20.1光的衍射和惠更斯-菲涅耳原理；3，2，惠更斯-菲涅耳原理，惠更斯原理是在1690年提出的，它認(rèn)為波前上的每個(gè)點(diǎn)都可以看作是發(fā)射球面波的新波源，這些小波的包絡(luò)面就是下一時(shí)刻的波前。1818年，菲涅爾用小波可以相干疊加的思想補(bǔ)充了惠更斯原理。他認(rèn)為，當(dāng)同一波面上每個(gè)點(diǎn)發(fā)出的小波傳播到空間中的某一點(diǎn)時(shí)，小波也會(huì)相互重疊，從而產(chǎn)生干涉。這就是惠更斯

2、菲涅耳原理。1?；莞?菲涅耳原理，20.1光的衍射和惠更斯-菲涅耳原理，4。3.衍射分類(lèi)，1。菲涅耳衍射，2。夫瑯禾費(fèi)衍射，光源障礙接收屏的距離是有限的。光源障礙接收屏的距離是無(wú)限的。衍射系統(tǒng)一般由光源、衍射屏和接收屏組成。根據(jù)它們的相互距離，光衍射通常分為兩類(lèi)：20.1光衍射和惠更斯-菲涅耳原理，5，光源在物鏡L1的物焦平面，接收屏在L2的像焦平面，1。單縫夫瑯和費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)裝置，1。實(shí)驗(yàn)裝置2。明暗衍射條紋平行于單狹縫的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：中央亮紋明亮而寬闊；其他亮線對(duì)稱分布在兩側(cè)。20.2單縫夫瑯和費(fèi)衍射，6.2菲涅耳半帶法解釋單縫衍射，1。菲涅耳半帶，單縫20.2夫瑯和費(fèi)衍射，7。半帶方法：、使

3、相鄰平面之間的距離等于入射光的半波長(zhǎng)。(相位差)，如圖所示，將AB波陣面分成AA1、A1A2和A2B波段。A1、A2。兩個(gè)相鄰的波段對(duì)應(yīng)于AA1中的A1和AA2中的A2，并且到達(dá)點(diǎn)P之間的差為0，并且光程差為/2。這樣的波段是菲涅耳半波段。因此，任何兩個(gè)相鄰波段發(fā)出的光線在點(diǎn)P相互抵消。當(dāng)BC是/2的偶數(shù)倍時(shí)，所有波段成對(duì)抵消，點(diǎn)P是暗的。當(dāng)BC是/2的奇數(shù)倍時(shí)，所有波段成對(duì)取消，留下一個(gè)波段，點(diǎn)P顯示。20.2單縫夫瑯和費(fèi)衍射，8，暗條紋中心，亮條紋中心，2。明暗條紋條件，接收屏上條紋位置，暗條紋中心，亮條紋中心，單縫夫瑯和費(fèi)衍射20.2，9。屏幕中央亮條紋的線寬為：(焦距f)。從條紋寬度可

4、以看出，狹縫越窄(越小)，條紋越分散。相反，條紋越靠近中心。當(dāng)狹縫寬度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)時(shí)，形成單個(gè)亮條紋，這是由透鏡形成的線光源的圖像。它顯示了光的直線傳播。中央亮條紋的半寬為：其他亮條紋的半寬為中央亮條紋的半寬。(1)條紋寬度，3。討論，20.2單縫夫瑯和費(fèi)衍射，10。條紋在屏幕上的位置與波長(zhǎng)成正比。如果使用白光作為光源，中心是白色亮條紋，兩邊是各級(jí)彩色條紋。這種衍射模式被稱為衍射光譜。幾何光學(xué)是時(shí)間波動(dòng)光學(xué)的極限情況。(3)波長(zhǎng)對(duì)衍射條紋的影響，(2)條紋的亮度在中心亮條紋最亮，其他亮條紋的光強(qiáng)隨著階數(shù)的增加而迅速降低?；驎r(shí)，會(huì)有明顯的衍射現(xiàn)象。20.2單縫夫瑯和費(fèi)衍射，11.3。干涉和衍射的本

5、質(zhì)。像衍射一樣，光的干涉本質(zhì)上是光波相干疊加的結(jié)果。一般來(lái)說(shuō)，干涉指的是有限數(shù)量的離散光束的相干疊加，而衍射指的是連續(xù)無(wú)限個(gè)子波的相干疊加。干涉強(qiáng)調(diào)不同光束相互作用形成建設(shè)性或破壞性現(xiàn)象的現(xiàn)象；衍射，1實(shí)驗(yàn)裝置和衍射圖樣，1。圓孔夫瑯和費(fèi)衍射。艾里圓盤(pán)：對(duì)應(yīng)于第一個(gè)暗環(huán)的衍射角為0(中心衍射點(diǎn)的角半徑為：，從衍射點(diǎn)中心到第一個(gè)最小角度的距離)，稱為艾里圓盤(pán)的半角寬度。理論計(jì)算表明，中心亮區(qū)聚集了83.5%的衍射光能，光學(xué)儀器的分辨率為20.3，光學(xué)儀器的分辨率為13.20。2.光學(xué)儀器的分辨率。1.物體和圖像之間的關(guān)系。幾何光學(xué)物體和圖像一一對(duì)應(yīng)。圖像點(diǎn)是幾何點(diǎn)。物理光學(xué)圖像點(diǎn)不再是幾何點(diǎn)，而

6、是有一定大小的艾莉斑點(diǎn)。14，20.3光學(xué)儀器的分辨率，S點(diǎn)和S1點(diǎn)在透鏡的焦平面上呈現(xiàn)兩個(gè)艾里圓盤(pán)，屏幕上的總光強(qiáng)是兩個(gè)衍射光斑的非相干疊加。當(dāng)兩個(gè)物體之間的距離太小時(shí)，就不可能區(qū)分這兩個(gè)物體。15，20.3光學(xué)儀器的分辨能力，瑞利給出了兩個(gè)物體可以精確分辨的判據(jù)：當(dāng)S1點(diǎn)的艾里圓盤(pán)中心與另一個(gè)S2點(diǎn)的艾里圓盤(pán)邊緣重合時(shí)(第一次衍射最小)，兩個(gè)物體可以精確分辨。2，瑞利判據(jù)，16，可分辨的，可分辨的，不可分辨的，100%，73.6%，20.3光學(xué)儀器的分辨能力，17，滿足瑞利判據(jù)的兩個(gè)物體之間的距離是光學(xué)儀器能分辨的最小距離。延伸到透鏡中心的角度被稱為最小分辨率角度。0=1.22/D，最小分

7、辨率角的倒數(shù)稱為儀器的分辨率。3.光學(xué)儀器的分辨率。討論：分辨率與D成正比，與波長(zhǎng)成反比，D大，分辨率大；波長(zhǎng)小，分辨力大，光學(xué)儀器的分辨力為20.3，人眼的分辨力，如果人眼瞳孔直徑為d，人眼可以看作一個(gè)焦距只有20毫米的凸透鏡，其成像為夫瑯和費(fèi)衍射圖樣。假設(shè)一輛車(chē)的兩盞燈之間的距離為r=1.5m米，一個(gè)人眼睛的瞳孔直徑為D=4毫米，那么最遠(yuǎn)距離是多少米，人眼只能分辨這兩盞燈？解決方案：假設(shè)距離僅取決于眼睛瞳孔的衍射效應(yīng)，并討論了對(duì)視覺(jué)最敏感的黃綠色光=550納米。假設(shè)兩盞燈之間的距離為S，人眼的張開(kāi)角度為：根據(jù)瑞利準(zhǔn)則：代入數(shù)據(jù)，我們可以得到：20.3光學(xué)儀器的分辨率，19。簡(jiǎn)介：對(duì)于單縫：

8、如果狹縫很寬，條紋很亮，但條紋間距很小。問(wèn)題：你能得到亮度大、間隔寬、寬度窄的亮條紋嗎？結(jié)論：衍射光柵形成的衍射圖樣光柵的光譜應(yīng)用：準(zhǔn)確測(cè)量光的波長(zhǎng)；作為一種重要的光學(xué)元件，它被廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、天文、地質(zhì)等基礎(chǔ)學(xué)科和現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的許多部門(mén)。20.5衍射光柵，20.1衍射光柵，d=a b，光柵常數(shù)d大約是10-6米數(shù)量級(jí)，也就是說(shuō)，以微米為單位的每厘米刻痕數(shù)通常是幾干，甚至幾萬(wàn)。1.光柵由一組等寬等間距的平行狹縫組成的光學(xué)裝置稱為光柵。2、實(shí)驗(yàn)裝置和光柵衍射的衍射圖樣，以及中心亮紋出現(xiàn)在對(duì)應(yīng)于光線在屏幕上線性傳播的成像位置；中心亮條紋兩側(cè)出現(xiàn)一系列亮條紋和暗條紋，亮條紋的亮度隨著距中心距離

9、的增加而降低，亮條紋的寬度隨著狹縫的增加而變窄。20.5衍射光柵，21，白光通過(guò)光柵后，各種波長(zhǎng)的單色光將產(chǎn)生自己的衍射條紋，除了中心亮條紋仍是各種顏色混合的白光外，兩側(cè)各級(jí)亮條紋將形成從紫色到紅色對(duì)稱排列的色帶，這些色帶的整體稱為衍射光譜。如果光源發(fā)出白光，光柵光譜中的所有亮線都被排列成連續(xù)的光譜帶，除了零級(jí)近似為白色亮線。利用：光柵光譜，測(cè)量入射光的波長(zhǎng)，分析多色光的波長(zhǎng)成分，或者利用具有不同特征譜線的不同元素，通過(guò)光譜分析研究材料結(jié)構(gòu)。20.5衍射譜，22，1885，倫琴發(fā)現(xiàn)金屬受到高速電子的撞擊會(huì)發(fā)出一種叫做射線的高度穿透性射線，20.6 x射線衍射，23，1913年，布拉格和他的兒子提出了一種解釋射線衍射的方法，并給出了定量結(jié)果。1915年，他們獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，掠角，晶格常數(shù)，兩個(gè)