光的衍射第一讲概述课件

1、波动光学(II)波动光学(II)第五章光单缝夫琅禾费衍射第一节1、光波的衍射现象引言引言 光在传播过程中遇到障碍物时，偏离直线传播方向，进入障碍物阴影区域中传播的现象。圆孔衍射圆屏衍射刮胡刀片边缘衍射衍射效应不明显衍射效应明显，且呈现个性特征向散射过渡引言引言正三边形孔 正四边形孔 正六边形孔 圆孔 特点：1）光束在衍射屏上的某方向受到限制，则沿该方向发生衍射；2）光孔线度越小，对光束的限制越强，则衍射效应越明显；衍射是由光波在传播过程中波面受到某种限制，即自由、完整的波面发生破缺。引言引言2、惠更斯菲涅耳原理Augustin Fresnel( 17881827 )France波面上各点都可视

2、为子波源，波前方空间任一点的振动，是所有子波在该点相干叠加的结果。子波相干叠加SP引言引言 干涉和衍射的区别 ?(1) 在本质上，两者没有区别。 干涉和衍射都是光的相干叠加的结果。(2) 在数量上，两者有区别。 对于干涉，参与叠加的光的数量是有限的。 对于衍射，参与叠加的光的数量是无限的。2、惠更斯菲涅耳原理引言引言3、光波衍射的分类（按光源、障碍物与屏的相对位置分）菲涅耳衍射(近场衍射)无限远光源夫琅禾费衍射(远场衍射)无限远相遇*引言引言狭缝点光源照射下的单缝衍射条纹一、单缝衍射现象一、单缝衍射现象条件：1）狭缝非常窄（10 1000 ）2）满足夫琅禾费衍射条件一、单缝衍射现象一、单缝衍射

3、现象现象：（2）中央明纹最宽、最亮，其余条纹依次减弱；（1）衍射条纹呈明暗相间、对称的稳态分布。二、理论分析二、理论分析 1、菲涅耳半波带法1）中央明纹a中央明纹（衍射角明or 暗？：向上为正，向下为负）AP和BP的光程差将宽度为a的波阵面AB分成许多与缝平行的等宽的条带，并使相邻条带上的对应点发出的光在P点光程差为半个波长，这样的条带称为半波带。asinaABP|2C 1、菲涅耳半波带法二、理论分析二、理论分析2）其他各级条纹 1、菲涅耳半波带法2）其他各级条纹asinaAB考虑边缘两条光线（1）若PAB则分为2个半波带干涉相消结论：P点为暗纹|2C|2二、理论分析二、理论分析asinCaA

4、B（2）若P出现明条纹AB则分为3个半波带（3）推广：相消未消 1、菲涅耳半波带法2）其他各级条纹二、理论分析二、理论分析asinaAB思考（1）：CC1P明or 暗？相消明条纹且属于中央明纹区。思考（2）：P点的位置与亮度？未消 1、菲涅耳半波带法2）其他各级明纹二、理论分析二、理论分析相消 如果 角的取值使得a 分成偶数个半波带，则P点为暗纹。暗纹中心明纹(中心) 中央明纹(中心)说明：上述暗纹和中央明纹(中心)位置是准确的，其余明纹中心的位置较上稍有偏离。结论 如果角的取值使得a分成奇数个半波带，则P点为明纹。二、理论分析二、理论分析光强分布：二、理论分析二、理论分析 2、振幅矢量法fa

5、/Ndda/NqlP将缝等分成 N个窄带相邻窄带发的子波到 P点的光程差为：相位差：各窄带发的子波在 P点振幅近似相等，设为A，则： P点的合光振动就是这N个同方向、同频率、同振幅、初相依次差恒量 的光振动合成。二、理论分析二、理论分析0 2 -2 y y1 = tg y2 = -2.46-1.430+1.43+2.46解得 ：相应 ：半波带法：二、理论分析二、理论分析其中光强公式：将代入得I=0.0472I0 ， 0.0165I0， 0.0083I0 sin0.0470.017 1I / I0 0相对光强曲线0.0470.017 I次极大 I主极大二、理论分析二、理论分析1、条纹间距及其影响

6、因素三、讨论与说明三、讨论与说明中央亮纹半角宽度角宽度线宽度衍射反比定律（1）缝宽对条纹间距的影响三、讨论与说明三、讨论与说明三、讨论与说明三、讨论与说明（1）缝宽对条纹间距的影响（2）波长对条纹间距的影响三、讨论与说明三、讨论与说明（2）波长对条纹间距的影响三、讨论与说明三、讨论与说明2、斜入射对单缝衍射图样的影响（1）光程差光线在法线上方：（2）中央明纹的位置中央明纹：条纹下移；反之上移。三、讨论与说明三、讨论与说明3、衍射与干涉的联系与区别（1）本质相同：均为波的相干叠加；（2）不同：干涉有限多个分立光束的相干叠加；衍射同一波阵面（连续的）无限多个子波源发出的光波的相干叠加。（3）衍射与干涉一般是同时存在的。 单缝衍射 双缝干涉三、讨论与说明三、讨论与说明课堂小结课堂小结1、单缝夫琅禾费衍射的明、暗纹条件近似明纹中心0 中央明纹中心暗纹中心2、几个重要结论(1)，a,条纹宽度越宽。波动光学退化到几何光学。观察屏上不出现暗纹。(2)(3) 例1 若有一单色平行光(600nm)垂直入射到缝宽a=0.6mm的单缝上，缝后有一焦距f=0.4m 透镜。试求: （1）屏上中央明纹的线宽度； （2）若在屏上P点观察到一明纹，x=1.4mm。问P点处是第几级明纹，对P