大学物理学 第一卷 经典物理基础 第6版 课件 10 光的衍射

第十章光的衍射

第五节

光栅衍射

第四节

光学仪器的分辨本领

第三节

圆孔衍射

第二节

单缝衍射

第一节惠更斯－菲涅尔原理CollegePhysics大学物理惠更斯本章核心内容1.单缝衍射谱的特征、成因、规律与描述。2.圆孔衍射艾里斑半径的计算与应用。3.透射光栅衍射谱的特征、形成、缺级与计算。CollegePhysics

大学物理第一节惠更斯－菲涅尔原理一、光的衍射现象1.实验装置?

缝较宽,光直线传播缝很窄,衍射现象明显当障碍物线度和波长可比拟时,衍射现象才明显表现。光源、衍射屏、观察屏2.几种衍射现象?

第一节惠更斯－菲涅尔原理1.惠更斯原理？

在波传播过程中,任何时刻波面(相位相同的点构成的面)上的每一点都可看作发射子波(次波)的波源,在其后任一时刻,这些子波波面的包络面成为整个波在该时刻的新波面。子波波源光传播的几何描述解释光偏离直线惠更斯(1629-1695),荷兰物理学家第一节惠更斯－菲涅尔原理2.菲涅尔原理?（1）子波的相干叠加

（2）数学表达式？基本原理光强的明暗分布?

菲涅尔指出波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定.点振动可以由S面上所有面积元所发出的子波在该点产生的振动的叠加.：时刻波阵面*：波阵面上任一面元

(子波波源)子波在P点引起的振动振幅?(解释衍射谱的形成)第二节单缝衍射一、光学系统二、两类衍射

1.夫朗禾费衍射

2.菲涅耳衍射振幅矢量图解法半波带法光源、衍射屏、观察屏第二节单缝衍射三、半波带法

(1)从A向BC作垂线

1.方法要点？

取两衍射平行光

(2)以半波长λ/2等分BC

(3)过分点作AC平行线(4)将单缝等分为半波带

AA1

A1A2

A2B

(5)相邻半波带对应点

光程差？

四、衍射条纹亮暗的形成

1.暗条纹？

第二节单缝衍射偶数个半波带

对应衍射光叠加相消数学表达式？

2.亮条纹?

奇数个半波带数学表达式？

(K=1，2，......)

其中偶数个半波带在会聚点P产生的振动互相抵消,剩下一个半波带的振动没有被抵消。第二节单缝衍射干涉相消（暗纹）干涉加强（明纹）若单缝不能恰巧分成完整半波带,屏幕上形成衍射条纹亮度会怎样?思考:（介于明纹与暗纹之间）半波带数?半波带数?光强分布五、公式应用1、中央明纹宽度?

（1）两一级暗纹间距?

当缝宽a与

可比时,会出现明显的衍射现象。光的直线传播3.白光入射单缝？衍射光谱？在同一级光谱中,偏离中央明纹最远?第二节单缝衍射第二节单缝衍射（2）中央明纹的角宽度?

2、以上计算意义？暗纹中央明纹的线宽度测波长

第三节圆孔衍射一、实验装置？

艾里斑中央是个明亮的圆斑,外围是一组同心的明环和暗环。中央明区集中了衍射光能的二、艾里斑(83.8%)

1.线半径?比较单缝中央明纹线宽度

2.角半径(半角宽度)?

比较单缝中央明纹的角宽度

艾里斑D圆孔直径D越大,衍射角越小,衍射现象越不显著第三节圆孔衍射三、光学仪器的分辨率？

1.瑞利判据？

如果一个物点艾里斑的圆心刚好与另一个物点艾里斑的边缘(第一级暗环)相重合，这两个物点刚好能够被光学仪器分辨.(望远镜、显微镜、照相机)几何光学点物-点像波动光学点物-像斑离得远可分辨瑞利判据刚能分辨离得太近不能分辨两点光源(或物点)恰能被光学仪器分辨的标准？.第四节光学仪器的分辨本领2.透镜最小分辨角?

3.仪器分辨本领

提高光学仪器分辨本领的途径？望远镜：

不可选择,

DR天文观测显微镜：D不会很大，R电子显微镜(两物点刚好能分辨对透镜中心所张的角）角半径(半角宽度)微米-纳米第四节光学仪器的分辨本领第五节光栅衍射一、实验

1.光栅？

2.光栅衍射现象？

d=a+b(10-5-10-6m)

光栅常数b不透光a透光

d反射光栅d透射光栅通常在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕许多平行等宽度、等距离的狭缝排列起来的光学元件.尖锐、明亮二、衍射分析

1.方法？光遇多缝发生现象每条单缝衍射各缝之间干涉

单缝衍射+多缝干涉(1)每一单缝衍射第五节光栅衍射第五节光栅衍射(1)每一单缝衍射

暗纹明纹（2)多缝间发生干涉

考察相邻单缝间干涉相邻单缝两平行光的光程差？（3)相长干涉?

亮纹第五节光栅衍射2.光栅光谱的缺级现象?

(1)同一衍射角单缝暗纹当光栅明纹处恰满足单缝衍射暗纹条件,这就使本应出现干涉亮线的位置,变成强度为零的暗点,这种现象称为缺级现象。缺级条件？光栅衍射加强条件单缝衍射减弱条件第五节光栅衍射（2)缺级的计算干涉明纹缺级级次k课堂练例12-5单缝衍射在光栅衍射中的调制作用第五节光栅衍射例

波长为6000Å的单色光垂直入射在一光栅上，第二级明纹出现在sin

2=0.2处，第4级为第一个缺级。求：(1)光栅上相邻两缝的距离是多少？(2)狭缝可能的最小宽度是多少？(3)按上