衍射光栅及光栅光谱

关于衍射光栅及光栅光谱第一页，共25页幻灯片一.衍射光栅2.光栅常数d反射光栅透射光栅1.光栅—大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件Ch12-4

衍射光栅及光栅光谱透光宽度不透光宽度光栅常数d是描述光栅性质的最重要的物理量之一，它反映了光栅的空间周期性。第二页，共25页幻灯片且光栅宽度

l与总缝数N和光栅常数d存在如下关系l在实验室中用的光栅，一般有设光栅宽度为

l，每毫米缝数为

m，则总缝数第三页，共25页幻灯片二.光栅衍射图样的形成那么光栅的衍射条纹是不是把N个缝的衍射条纹直接叠加就可以了呢？下面我们看一些在实验室拍的单缝和光栅衍射的照片。*S

ff

透镜L透镜L·p光栅平面观察屏0第四页，共25页幻灯片单缝和不同缝数光栅的衍射条纹第五页，共25页幻灯片单缝衍射与光栅衍射条纹光强分布的比较单缝衍射光强曲线I0

光栅衍射光强曲线由照片和光强分布曲线的对比可以看出：

光栅衍射条纹并不是N个单缝的衍射条纹的直接叠加，为什么呢？原因在于光栅衍射中不同缝发出的光线之间也会发生相干叠加。第六页，共25页幻灯片光栅衍射条纹的分析P透镜L光栅光栅衍射条纹是每个缝自身的衍射和缝之间的干涉的综合效果。第七页，共25页幻灯片1.缝间干涉明纹（主极大）条件衍射角设每个缝自身衍射后的光线的光矢量振幅为A1(θ)，则明纹主极大处总振幅光栅条纹的特点一：明亮第八页，共25页幻灯片暗纹条件P以与0级主极大相邻的暗纹为例当时，可以把整个光栅分为两个光线不连续的“半波带”，对应的缝间的光线干涉相消，P处形成暗纹。可得0级主极大的半角宽度光栅条纹的特点二：细窄第九页，共25页幻灯片由以上分析可得，相邻的两个主极大之间有N-1条暗纹，相邻暗纹之间的光强也不为0，但是要远小于又光栅方程决定的明纹主极大的强度，称之为次极大，故相邻的两个明纹主极大之间还有N-2条次极大。同理，可得其它级次的暗纹条件第十页，共25页幻灯片光栅条纹的特点三：分散例如，当N=5时（暂没有考虑各缝自身衍射的影响）由于次极大的光强太小了以至于人眼看不到，所以在相邻的两个主极大之间是一片暗区第十一页，共25页幻灯片2.单缝衍射对光栅多光束干涉结果的调制I/I0单缝衍射光强曲线I/16I00单缝衍射

轮廓线光栅衍射光强曲线第十二页，共25页幻灯片若衍射角θ同时满足条件则每缝出射的光线因各缝自身的单缝衍射而相消，因而尽管各缝间的干涉是加强，但仍为暗纹。——这一现象叫缺级单缝衍射对缝间干涉调制的特例：缺级第十三页，共25页幻灯片缺级满足关系得从和缺级满足的关系光栅条纹的特点四：可能缺级问：缺级是否一定从存在？第十四页，共25页幻灯片例：双缝衍射的结果讨论第十五页，共25页幻灯片讨论观察屏上条纹最高级次第十六页，共25页幻灯片单缝衍射中央明纹区条纹最高级次由第十七页，共25页幻灯片

N、a、d和λ对条纹的影响主极大间隔主极大半角宽度光栅方程Flash第十八页，共25页幻灯片入射光为白光时，不同，不同，按波长分开形成光谱.一级光谱二级光谱三级光谱三衍射光谱第十九页，共25页幻灯片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．第二十页，共25页幻灯片例题一束波长为

480nm的单色平行光，照射在每毫米内有600条刻痕的平面透射光栅上。求(1)光线垂直入射时，最多能看到第几级光谱？(2)光线以

30o入射角入射时，最多能看到第几级光谱？由θ

>

-90o

得由θ

<90o

得解(1)(2)第二十一页，共25页幻灯片例：一块每毫米刻痕为500条的光栅，用钠黄光正入射，钠黄光中含有两条谱线，其波长分别为589.6nm和589.0nm。求分别在第2级和第3级光谱中这两条谱线分开的角度。解第二十二页，共25页幻灯片例：用波长λ=600nm的单色光垂直入射到一衍射光栅上，测得第二级主极大的衍射角为30°，且第三级是缺级，求（1）光栅常数（a+b）等于多少；（2）透光缝可能的最小宽度a等于多少；（3）在