第十七章-光的衍射PPT课件

1、S二 惠更斯 菲涅尔原理dSrnedS：波阵面上面元 ( (子波波源) ) 菲涅尔指出 衍射图中的强度分布是因为衍射时， 波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定. . 点振动是各子波在此产生的振动的叠加 . .P子波在 点引起的振动振幅 并与 有关 . .rds P： 时刻波阵面 tS*P P点的振动振幅2/P点的振动振幅为零第1页/共33页三 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射(远场衍射)光源、屏与缝相距无限远缝1L2L在实验中实现夫琅禾费衍射SRP菲 涅 尔 衍 射(近场衍射)缝PS 光源、屏与缝相距有限远第2页/共33页夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射衍射角（衍射角 ：向上为正，向

2、下为负 . .）bsinbBC ), 3 , 2 , 1(2kkofLPRABsinbQC菲涅尔波带法第3页/共33页oPRABQ22sinkb2) 12(sinkb一 半波带法,3,2, 1k1A2AC2/bABb缝长ABoQABRLPC1A2/L第4页/共33页), 3 ,2, 1(kkkb22sin干涉相消（）2) 12(sinkb干涉加强（）2sinkb（介于明暗之间）LoPRQAB1A2AC2/sinbBC2k（ 个半波带）k 个半波带k2 个半波带12 k0sinb中央明纹中心第5页/共33页sinIobb2b3bb2b3二 光强分布kkb22sin干涉相消（）2) 12(sink

3、b干涉加强（）第6页/共33页sinIobb2b3bb2b31L2LfbSRPOxxsinfx当 较小时，xfbfbfb2fb2fb3fb3第7页/共33页RPLobf,sin,fxfxbbsinkkb22sin干涉相消（）2) 12(sinkb干涉加强（）讨 论（1）第一暗纹距中心的距离fbfx1第一暗纹的衍射角barcsin1x第8页/共33页 一定， 越大， 越大，衍射效应越明显. .b1光直线传播0 , 01b 增大， 减小1b 一定减小， 增大1b2 ,1b衍射最大barcsin1第一暗纹的衍射角角范围 bbsin线范围fbxfb中央明纹的宽度fbxl2210（2）中央明纹1k（ 的

4、两暗纹间）第9页/共33页 单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？第10页/共33页越大， 越大，衍射效应越明显. .1 入射波长变化，衍射效应如何变化 ? ?第11页/共33页oRf（4 4）单缝衍射的动态变化单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上. . 单缝上下移动，根据透镜成像原理衍射图不变 . .（3）条纹宽度（相邻条纹间距）kkb22sin干涉相消（）2) 12(sinkb干涉加强（）bffflkk 1除了中央明纹外的其它明纹、暗纹的宽度第12页/共33页bABbAB（5 5）入射光非垂直入射时光程差的计算)sin(sin bBCDB（中央明纹向下移动）DABC)sin(sin b（中央明纹

5、向上移动）DCDC第13页/共33页 例1 设有一单色平面波斜射到宽度为 的单缝上（如图），求各级暗纹的衍射角 .bbABDCBCAD)sin(sin b解由暗纹条件kb)sin(sin), 3 ,2, 1(k)sinarcsin(bk第14页/共33页 例2 如图，一雷达位于路边 15m 处，它的射束与公路成 角. 假如发射天线的输出口宽度 ，发射的微波波长是18mm ，则在它监视范围内的公路长度大约是多少？15m10. 0bm15d15m10. 0b 解 将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝，衍射波能量主要集中在中央明纹范围内.第15页/共33页m15d15m10. 0b121s2ss根

6、据暗纹条件,sinb37.10arcsinb)cot(cot1212dsss)15cot()15cot(dm153第16页/共33页PHL一 圆孔衍射艾里斑dDfd22. 12：艾里斑直径ddfDLP第17页/共33页二 瑞利判据 对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨. .08 . 0 I第18页/共33页*1s2sf0三 光学仪器的分辨本领2dDfd22. 120D22.10最小分辨角（两光点刚好能分辨）光学仪器分辨率22.110D1,DDfd22. 12光学仪器的通光孔

7、径D第19页/共33页01 . 0 1990 年发射的哈勃太空望远镜的凹面物镜的直径为2.4m ，最小分辨角 ，在大气层外 615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太空深处, 发现了500 亿个星系 . 第20页/共33页 例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，（1）人眼的最小分辨角有多大？ （2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？解（1）D22.10rad102 . 24（2）m103m105 . 522. 13740102 . 2cm25ld0.055mmcm0055. 0第21页/共33

8、页 例2 毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击. （1）有一毫米波雷达，其圆形天线直径为55cm，发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度； （2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行比较，设船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直径为2.33m .解（1）m1036. 1Hz10220m/s1033981crad00603. 0m1055m1036. 144. 244. 223111D（2）rad0164. 0m33. 2m1057. 144. 244. 22222D第22页/共33页一 光栅 许多等宽度、等距离的狭缝排列起来形成的

9、光学元件. .QoLPf衍射角第23页/共33页b b bb), 2 , 1 , 0( sin) (kkbb明纹位置相邻两缝间的光程差：sin) (bb光栅常数：m101065光栅常数衍射角b：透光部分的宽度 b：不透光部分的宽度二 光栅衍射条纹的形成 光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果sin) (bb第24页/共33页sinbbkk,2maxbbkk 条纹最高级数讨 论), 2 , 1 , 0( sin) (kkbbsin) (bb23230I 光强分布第25页/共33页1 条 缝20 条 缝3 条 缝5 条 缝 光栅中狭缝条数越多，明纹越亮.亮纹的光强02INI ：单缝光强）（：狭缝数，N

10、0I第26页/共33页sinsin, 11bbkkk一定， 减少， 增大 bbkk1bb一定， 增大， 增大kk1光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远), 2 , 1 , 0( sin) (kkbb入射光波长越大，明纹间相隔越远第27页/共33页sin0I入射光为白光时， 不同， 不同，按波长分开形成光谱. .k一级光谱二级光谱三级光谱三 衍射光谱), 2 , 1 , 0( sin) (kkbb bb第28页/共33页例如二级光谱重叠部分光谱范围nm7604002sin) (bb二级光谱重叠部分:nm760600紫3sin) (bbnm60023紫一级光谱二级光谱三级光谱 bbsin0I第2

11、9页/共33页连续光谱：炽热物体光谱线状光谱：钠盐、分立明线带状光谱：分子光谱衍射光谱分类光谱分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量第30页/共33页 例1 用白光垂直照射在每厘米有6500条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角.解nm7604006500/cm1bb148. 165001cmcm106 . 73sin522bbk红光第三级光谱的张角74.3826.5100.90第三级光谱所能出现的最大波长kbb90sin) (nm5133bb绿光78. 065001cmcm1043sin511bbk紫