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光的衍射现象

光的衍射. 光的衍射现象. 单缝、圆孔衍射. 衍射光栅. 光的衍射. 本讲主要内容：. 一、光的衍射现象. 二、菲涅耳 - 惠更斯原理. 三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射. 四、单缝夫琅禾费衍射. 五、圆孔夫琅禾费衍射. 六、光学仪器的分辨本领. 七、干涉和衍射的区别. 观察屏. 透镜. 狭 缝. 透镜. 光源. S. 一、光的衍射现象. 缝宽大约十分之几毫米. 衍射 现象. 缝宽由窄变宽时，衍射条纹变化. 光的 衍射发生 的条件 : 缝宽 a ～ 波长 λ. 亮度. Try it!. 肉眼也能看到光的衍射现象！.

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光的衍射现象

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Presentation Transcript

  1. 光的衍射 光的衍射现象 单缝、圆孔衍射 衍射光栅

  2. 光的衍射 本讲主要内容： 一、光的衍射现象 二、菲涅耳-惠更斯原理 三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 四、单缝夫琅禾费衍射 五、圆孔夫琅禾费衍射 六、光学仪器的分辨本领 七、干涉和衍射的区别

  3. 观察屏 透镜 狭 缝 透镜 光源 S 一、光的衍射现象 缝宽大约十分之几毫米 衍射现象 缝宽由窄变宽时，衍射条纹变化 光的衍射发生的条件: 缝宽a～ 波长λ.

  4. 亮度 Try it! 肉眼也能看到光的衍射现象！ 光的衍射现象:光能绕过障碍物的边缘传播。 而且衍射后能形成具有明暗相间的衍射图样。 中央明纹最亮,两侧显著递减。

  5. 单缝夫琅禾费衍射 圆孔夫琅禾费衍射 矩形孔夫琅禾费衍射 长方孔夫琅禾费衍射

  6. 二、菲涅耳-惠更斯原理 回忆： 惠更斯原理:在波的传播过程中,波阵面(波前)上的每一点都可看作是发射子波的波源,在其后的任一时刻,这些子波的包迹就成为新的波阵面。 思考：衍射条纹与干涉条纹的相像之处？ 菲涅耳的补充假设—子波的干涉 在波的传播过程中,从同一波阵面上的各点发出的子波，经传播在空间某点相遇时，这些次级子波要相干叠加，这一点的振动即是相干叠加的结果。

  7. S 三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 衍射按光源、衍射屏和观察屏三者的位置关系分为两类： 菲涅耳衍射 光源—障碍物—接收屏距离为有限远。 夫琅禾费衍射 光源—障碍物—接收屏 距离为无限远。

  8. E K A B S  衍射角 a 四、单缝夫琅禾费衍射 单缝夫琅禾费衍射实验装置 注意要换一下脑筋：现在是一束光！ P 狭缝横置 考虑屏上一点P的相干叠加情况 把狭缝放大了!

  9. B  θ a A C C1 asin 1. 先考虑边缘两支光线 边缘两支光线的光程差AC 干涉相消 P 2.设AC1=C1C,将波面分为两个纵长形的波带 3. 再设AC1=C1C=λ/2 4.两个半波带对应点发出的光在P点的光程差都为半个波长,——则在P点合成结果相互抵消。 结论： P点为暗纹

  10. B B 干涉相消  P a θ a C A A C asin=/2 P 两个半波带发出的子波传播到P1点干涉的结果相消，剩下一个半波带发的子波在P1点叠加，所以P点显出亮纹，但不是很亮！ 明纹 暗纹

  11. B a asin A B C a A 思考1： 对应的是明纹还是暗纹？ 没有完全抵消，所以是亮纹，但不是亮的中心。 思考2：对应衍射角为零的各子波相干情况如何？ 各子波衍射光程差为零——P点为中央亮纹

  12.   a a a 只是边缘两支光线的光程差（最大光程差） 半波带数：4 5 7 结论：单缝夫琅禾费衍射明暗条件为 特别注意：与干涉明暗纹的条件正好相反！！

  13. 单缝夫琅禾费衍射明暗条件为 中央明纹的中心 θ=0 讨论 1)中央明条纹的半角宽度即第一暗纹的衍射角。 当很小时,中央明条纹的半角宽度

  14. 2)其它明条纹的宽度为中央明纹宽度的一半，角宽度2)其它明条纹的宽度为中央明纹宽度的一半，角宽度 (当很小时) 3) 明条纹的线宽度 中央明条纹 缝越窄，衍射条纹宽度越大，衍射越明显！——衍射反比律

  15. 亮度 4）明条纹的亮度:中央明纹最亮,两侧显著递减。 5)条纹的位置与波长有关,可知复色光明纹会显示色散,形成衍射光谱,内侧紫,外侧红.

  16. 衍射角 思考： 1.狭缝在原平面内平行移动,屏上条纹分布如何？ P 衍射图象不变！ （在光栅中用到，请记住！） 留一思考：若光源在原平面内上下平行移动，在双缝实验中干涉条纹如何变化？ 2.若光线斜入射，则屏上条纹如何？

  17. A B 例1:单色平行光斜射到宽为a的单缝,求各级暗纹的衍射角. D   C AC、BD分别为入射、反射光的波面 解:如图 光束中的最大光程差 k=1,2,3,... 得

  18. 1 2r f 五、圆孔夫琅禾费衍射 图样,爱里斑 与单缝夫琅禾费衍射唯一的不同是衍射物不同。

  19. 理论计算可得第一级暗纹的衍射角1满足 式中r和D分别为圆孔的半径和直径 爱里斑的角半径 很明显,当d >>时,衍射现象可忽略

  20. 六、光学仪器的分辨本领 两个点光源通过衍射孔成像形成衍射斑： 恰能分辨 能分辨 不能分辨 瑞利准则 ：一个点光源的衍射图样的主极大正好与另一点光源的第一极小 刚好重合时，这两个点光源恰好能被光学仪器分辨。

  21. S2 1  S1 两物点对衍射中心所张的角度正好等于爱里斑的半角宽时为最小分辨角 分辨本领为最小分辨角的倒数 哈勃太空望远镜 电子显微镜

  22. 例:在通常明亮环境,人眼瞳孔直径约3mm,问人眼最小分辨角多大?纱窗铁丝间距约2mm,人距窗口多远恰可分辨清楚?例:在通常明亮环境,人眼瞳孔直径约3mm,问人眼最小分辨角多大?纱窗铁丝间距约2mm,人距窗口多远恰可分辨清楚? 解:以视觉感受最灵敏的黄绿光讨论,=550nm. 设人与纱窗距离为S,用L表示铁丝间距,则视角=L/S

  23. 七、干涉和衍射的区别 没有本质的区别！ 习惯上说，干涉是指那些有限多的分立的光束的相干叠加； 衍射是指那些波阵面上的无穷多的连续的子波的相干叠加； 两者常常出现在同一现象中！ 光栅衍射既为多光束干涉与单缝衍射的综合效果

  24. 总结: 一、衍射现象 如何解释衍射现象——子波干涉的结果 单缝夫琅禾费衍射明暗条件为（方法菲涅耳半波带法） 中央明纹的中心 θ=0 二、圆孔夫琅禾费衍射 三、光学仪器的分辨本领

  25. 作业 要求对光的干涉内容，按所讲的四个重点去总结主要的五个干涉实验，并分析改变光程差的手段。 对光的衍射内容，要求理解菲涅耳半波带法，掌握 衍射明暗纹公式。

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