光的衍射2.pptx
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1、光的衍射现象光的衍射现象l衍射现象:衍射现象:光偏离直线传播的现象光偏离直线传播的现象一、光的衍射现象一、光的衍射现象12-7 光的衍射现象光的衍射现象 惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理二、二、衍射的衍射的分类分类 1.菲涅尔衍射菲涅尔衍射:光源或者显示屏中的一个光源或者显示屏中的一个或两个与衍射屏相距为有限远或两个与衍射屏相距为有限远光源光源显示屏显示屏显示屏显示屏孔孔孔孔(缝缝缝缝)-近场衍射近场衍射 2.夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射:光源和显示屏与衍射光源和显示屏与衍射屏的距离都是无限远屏的距离都是无限远(入射和衍射光都入射和衍射光都是平行光是平行光,一般通过透镜实现一般通过透镜实现)-远场
2、衍射远场衍射 F菲涅尔假定:菲涅尔假定:波在传播时,从同一波波在传播时,从同一波阵面上各点发出的子波,经传播而在阵面上各点发出的子波,经传播而在空间某点相遇时,产生空间某点相遇时,产生相干相干叠加叠加三、三、惠更斯菲涅尔原理惠更斯菲涅尔原理-惠更斯菲涅尔原理惠更斯菲涅尔原理 一、实验装置一、实验装置13-8 单缝夫琅禾费衍射单缝夫琅禾费衍射使用点光源:使用点光源:使用线光源且与缝平行:使用线光源且与缝平行:衍射图样特点衍射图样特点v中央是最亮、最宽的明纹中央是最亮、最宽的明纹v 两侧明纹亮度随级数的增大逐渐两侧明纹亮度随级数的增大逐渐 减小,相邻的明条纹之间有一暗减小,相邻的明条纹之间有一暗
3、条纹条纹v两侧的明条纹是等宽的,两侧的明条纹是等宽的,且只有且只有 中央明纹宽度的一半中央明纹宽度的一半光垂直照射单缝光垂直照射单缝ABAB波阵面上各点波阵面上各点子波向各个方向子波向各个方向传播传播PAB二、二、菲菲涅耳半波带法解释单缝衍射现象涅耳半波带法解释单缝衍射现象 PP衍射角衍射角:决定决定P点位点位置的坐标置的坐标P点的明、暗条件?点的明、暗条件?P点的明暗点的明暗各子波的相干叠加各子波的相干叠加相位差和振幅相位差和振幅取取决决于于P AB惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理取取决决于于2 2 2 22 2 2 22 2 2 22 2 2 2半波带AA1A1A2菲菲涅涅耳耳半半波波带带
4、法法PAB任何两个相邻半波带所发出的子波在任何两个相邻半波带所发出的子波在P点点光振动完全相互抵消光振动完全相互抵消(1)BC=asin =2(l l/2)-2个波带个波带FA0和和0B波带上对应点发出波带上对应点发出的子波到达的子波到达P点时的位相差点时的位相差为为,相互干涉抵消相互干涉抵消-P点为暗纹点为暗纹(2)BC=asin=3(l l/2)-3个波带个波带F有一个波带未被抵消有一个波带未被抵消-P点为明纹点为明纹(3)-明纹明纹-暗纹暗纹-单缝衍射方程单缝衍射方程(4)asin 不等于不等于l l/2的整数倍时的整数倍时,光强介光强介于最明与最暗之间于最明与最暗之间k=0,中央明纹中
5、央明纹x 条纹在屏幕上的位置条纹在屏幕上的位置说明说明(1)中央明纹:两个第中央明纹:两个第一级暗纹中心间的一级暗纹中心间的明纹明纹半角宽半角宽讨论:讨论:线宽度线宽度(2)其它其它相邻相邻明明(暗暗)纹的纹的间距是中央亮纹间距是中央亮纹宽度的一半宽度的一半(3)l l一定时,一定时,a越小,衍射作用越明显越小,衍射作用越明显(4)复色光对衍射效果的影响)复色光对衍射效果的影响明纹略微错开明纹略微错开(5)中央明区最亮,随级数增大,亮度中央明区最亮,随级数增大,亮度迅速减小迅速减小例:波长为例:波长为632.8nm的激光垂直地投射的激光垂直地投射到缝宽到缝宽a=0.2mm的狭缝上。现有一焦的狭
6、缝上。现有一焦距为距为f=50cm的凸透镜置于狭缝后面。的凸透镜置于狭缝后面。求:求:1中央明纹的线宽度是多少?中央明纹的线宽度是多少?2第一级明纹的线宽度?第一级明纹的线宽度?3 如果如果 是第三级暗纹,是第三级暗纹,狭缝处的波阵面可分成狭缝处的波阵面可分成 几个半波带?几个半波带?解:解:(1)中央明纹的宽度中央明纹的宽度(2)第一级明纹的宽度第一级明纹的宽度(3)如果)如果 是第三级暗纹,则是第三级暗纹,则分成的半波带数为分成的半波带数为6个个 例:例:单缝夫琅和费衍射中,若入射单缝夫琅和费衍射中,若入射光以入射角光以入射角 斜射到狭缝上,求明纹斜射到狭缝上,求明纹和暗纹的条件。和暗纹的
7、条件。ABCD 解:解:作垂线作垂线AC 和和 BD,两光线的两光线的光程差光程差 和和 的正负约定如下:的正负约定如下:从衍射屏的法线起算,逆时针转向从衍射屏的法线起算,逆时针转向光线时取正,反之取负值。光线时取正,反之取负值。问题:问题:原中央明纹移向什么位置?原中央明纹移向什么位置?中央明纹(零级明纹)要求边缘两中央明纹(零级明纹)要求边缘两光线的光程差为零,即光线的光程差为零,即中央明纹上移。中央明纹上移。上移距离多大?上移距离多大?PAB PP衍射角衍射角 问题:问题:狭缝向狭缝向上平移,衍射上平移,衍射条纹如何变化条纹如何变化?不变不变12-9 光栅衍射光栅衍射 一、光栅的结构、原
8、理和用途一、光栅的结构、原理和用途1.结构:由许多等宽等间距的狭缝构成。结构:由许多等宽等间距的狭缝构成。两种类型:透射光栅,反射光栅。两种类型:透射光栅,反射光栅。透透射射光光栅栅反反射射光光栅栅刻痕刻痕单缝衍射条纹单缝衍射条纹光栅衍射谱线光栅衍射谱线 2.原理:原理:多缝干涉多缝干涉和和单缝衍射单缝衍射的总的总效果,形成光栅的衍射条纹。效果,形成光栅的衍射条纹。p-光栅常数光栅常数-相邻两缝光线的光程差相邻两缝光线的光程差 二、光栅的多缝干涉二、光栅的多缝干涉相位差为相位差为 1.明纹条件明纹条件 它即为两振幅矢量的夹角。它即为两振幅矢量的夹角。相邻两缝光线的光程差为相邻两缝光线的光程差为
9、用旋转矢量法求合振动:用旋转矢量法求合振动:设光栅有设光栅有N 条缝,条缝,当当 a a=2kp p 时,时,合振幅最大,出现明纹合振幅最大,出现明纹(主明纹主明纹)。由由 得明纹条件(得明纹条件(光栅方程光栅方程)讨论:讨论:(1)对对k 级明纹,光栅常数级明纹,光栅常数 a+b 越越小小,衍射角衍射角 就越大,条纹间距越大就越大,条纹间距越大 (2)光栅的缝数越多,明纹亮度越光栅的缝数越多,明纹亮度越大。大。要使要使 ,出现暗纹,出现暗纹,此时围成此时围成 k 个正多边形。个正多边形。必须满足必须满足则则2.暗纹条件暗纹条件k 的取值说明的取值说明:得暗纹条件得暗纹条件为明纹条件为明纹条件
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