光的衍射夫琅禾费单缝衍射.ppt

第六节,光的衍射,一、光的衍射现象,光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物的边缘偏离直线传播，到达障碍物的几何阴影区。,如果波长与障碍物的线度相当，衍射现象最明显。,二、惠更斯-菲涅耳原理,惠更斯原理（子波假说）只能解释波的衍射现象中光的传播方向问题，不能给出衍射波的强度，不能解释条纹的形成。,惠更斯- 菲涅耳原理：波前S上每一个面元dS都可以看成是发射球面子波的新波源，波场中P点的强度由各个子波在该点的相干叠加决定。,菲涅耳在惠更斯子波假说的基础上补充了子波相干叠加的概念。,波在前进过程中引起前方某点的总振动，为面 S 上各面元 dS 所产生子波在 P 点引起分振动的总和，即这些子波在 P 点的相干叠加。,元振动：,沿入射波方向的衍射子波振幅最大，子波不向后衍射！,球面波振幅,方向因子,简谐波,垂直入射S,三、衍射的分类-菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射, 菲涅耳衍射（近场衍射）, 夫琅和费衍射（远场衍射）,光源障碍物接收屏 至少有一个距离为有限远。,光源障碍物接收屏,距离都为无限远，即平行光入射，平行光出射。,第七节,夫琅禾费单缝衍射,夫琅禾费 (Joseph von Fraunhofer 17871826) 夫琅禾费是德国物理学家。1787年3月6日生于斯特劳宾，父亲是玻璃工匠，夫琅禾费幼年当学徒，后来自学了数学和光学。1806年开始在光学作坊当光学机工，1818年任经理，1823年担任慕尼黑科学院物理陈列馆馆长和慕尼黑大学教授，慕尼黑科学院院士。夫琅禾费自学成才，一生勤奋刻苦，终身未婚，1826年6月7日因肺结核在慕尼黑逝世。,夫琅禾费集工艺家和理论家的才干于一身，把理论与丰富的实践经验结合起来，对光学和光谱学作出了重要贡献。1814年他用自己改进的分光系统，发现并研究了太阳光谱中的暗线（现称为夫琅禾费谱线）.,利用衍射原理测出了它们的波长。他设计和制造了消色差透镜，首创用牛顿环方法检查光学表面加工精度及透镜形状，对应用光学的发展起了重要的影响。他所制造的大型折射望远镜等光学仪器负有盛名。他发表了平行光单缝及多缝衍射的研究成果（后人称之为夫琅禾费衍射），做了光谱分辨率的实验，第一个定量地研究了衍射光栅，用其测量了光的波长，以后又给出了光栅方程。,单色平行光垂直照射单缝，衍射条纹如图,一 .装置,光路,衍射条纹,如何确定明暗条纹的位置？, ： 衍射角,（缝宽）,线源,二 . 半波带法, 中央明纹（中心）,(1) Ap和Bp 的光程差为,1,2,1,2,将单缝处的波面分成与缝平行的等宽窄条，每一窄条称为一个波带。若相邻两波带上的对应点沿方向的衍射光到P点处的光程差为/2，即相位差为 ，这种波带称为半波带。,相邻两半波带贡献给P点的合振幅为零！,当 时，可将缝分成三个“半波带”，, p 处形成明纹（中心）,其中两相邻半波带的衍射光相消，,余下一个半波带的衍射光不被抵消,相消， p 处形成暗纹。, 当 时，,缝分成四个“半波带” ，,可将,两相邻半波带的衍射光, 暗纹（中心）, 明纹（中心）, 中央明纹（中心）,一般情况：,单缝处的波面分割成:,偶数个半波带,奇数个半波带,不是整数个半波带， P 点光强在明暗之间。,1.条纹角宽度,暗纹条件,三. 条纹宽度,（1）衍射反比定律： a 越小，条纹散得越开。,（2） a 时，条纹密集于中央，成为一条 亮线，相当于光的直线传播 。,几何光学是 波动光学在 时的极限情况。,（3）当 时会出现明显的衍射现象。 a 时条纹太暗。,条纹角宽度,2. 中央明纹线宽度,(1级暗条纹之间的区域),3. 其他明纹宽度, 单缝衍射明纹宽度的特征,四. 光强：,中央明纹最亮，其它明纹光强迅速下降。,条纹间距,五、讨论,波长对衍射条纹的影响,缝宽对衍射条纹的影响,单缝位置对衍射条纹的影响,光源位置对衍射条纹的影响,Single slit,Double slit,Three slit,Seven slit,More slit,Double hole,Square aperture,单缝衍射,正三边形孔,正四边形孔,正六边形孔,正八边形孔,条纹在屏幕上的位置与波长成正比，如果用白光做光源，中央为白色明条纹，其两侧各级都为彩色条纹。该衍射图样称为衍射光谱。,0,1,-1,-