圆孔衍射衍射光栅优秀PPT.ppt

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1、第四讲：圆孔衍射、衍射光栅第四讲：圆孔衍射、衍射光栅第四讲：圆孔衍射、衍射光栅第四讲：圆孔衍射、衍射光栅 本次课主要内容：本次课主要内容：本次课主要内容：本次课主要内容：17-8 17-8 17-8 17-8 圆孔衍射、光学仪器的辨别率圆孔衍射、光学仪器的辨别率圆孔衍射、光学仪器的辨别率圆孔衍射、光学仪器的辨别率 17-9 17-9 17-9 17-9 衍射光栅衍射光栅衍射光栅衍射光栅 17-10 X 17-10 X 17-10 X 17-10 X射线的衍射射线的衍射射线的衍射射线的衍射17-8 17-8 17-8 17-8 圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器的辨别率光学仪器的辨别率光

2、学仪器的辨别率光学仪器的辨别率光源光源障碍物障碍物接收屏接收屏一、试验装置及现象一、试验装置及现象1 1、中心亮斑集中了衍射光能量的中心亮斑集中了衍射光能量的83.5%83.5%，该亮斑为爱里斑。，该亮斑为爱里斑。在爱里斑外是明、暗交替的环形的衍射图样。在爱里斑外是明、暗交替的环形的衍射图样。二、条纹特点及计算二、条纹特点及计算2 2、第一暗环对应的衍射角第一暗环对应的衍射角 0 0称为爱里斑的半角宽度。称为爱里斑的半角宽度。3 3、理论计算得理论计算得：式中式中D D为圆孔直径。为圆孔直径。瑞利判据：假如一个点光源的衍射图象瑞利判据：假如一个点光源的衍射图象瑞利判据：假如一个点光源的衍射图象

3、瑞利判据：假如一个点光源的衍射图象的中心最亮处刚好与另一个点光源的衍的中心最亮处刚好与另一个点光源的衍的中心最亮处刚好与另一个点光源的衍的中心最亮处刚好与另一个点光源的衍射图象第一个最暗环相重合时，这两个射图象第一个最暗环相重合时，这两个射图象第一个最暗环相重合时，这两个射图象第一个最暗环相重合时，这两个点光源恰好能被这一光学仪器所辨别。点光源恰好能被这一光学仪器所辨别。点光源恰好能被这一光学仪器所辨别。点光源恰好能被这一光学仪器所辨别。三、光学仪器的辨别本事三、光学仪器的辨别本事1 1、点光源通过透镜成像时，由于光的波动性，像点、点光源通过透镜成像时，由于光的波动性，像点事实上是一个爱里斑。

4、事实上是一个爱里斑。2 2、两个发光点在光屏上成像时，各自的爱里斑会有、两个发光点在光屏上成像时，各自的爱里斑会有部分重合。部分重合。3 3、若两个爱里斑中心很远，可以看成是两个像点，、若两个爱里斑中心很远，可以看成是两个像点，若两个爱里斑中心很近，则只能看成是一个像点。若两个爱里斑中心很近，则只能看成是一个像点。能能分分辨辨图示判据标准图示判据标准不不能能分分辨辨分分辨辨极极限限s1s2 1 1 0D*在恰能分辨时，两个点光源在透镜前所张的角在恰能分辨时，两个点光源在透镜前所张的角度，称为最小分辨角度，称为最小分辨角 0 0。最小辨别角等于爱里斑的半角宽度。最小辨别角等于爱里斑的半角宽度。圆

5、孔衍射的第一级微小值由下式给出：圆孔衍射的第一级微小值由下式给出：最小辨别角为：最小辨别角为：最小分辨角的倒数最小分辨角的倒数 称为光学仪器的分辨率称为光学仪器的分辨率17-9 17-9 17-9 17-9 光栅衍射光栅衍射光栅衍射光栅衍射一、单缝衍射的特点一、单缝衍射的特点二、光栅二、光栅衍射角衍射角缝宽缝宽 a a挡光部分挡光部分 b b光栅常数光栅常数 a+b a+b衍射角衍射角 三、光栅衍射三、光栅衍射光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果。光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果。xf0屏屏ab ab+()absin+相邻相邻狭缝的衍射角狭缝的衍射角 方向上的衍射光的光程差方向上的衍射光的光程

6、差(a+b)sin =k （a+ba+b）sinsin当相邻缝的衍射光光程差满足相长干涉条件当相邻缝的衍射光光程差满足相长干涉条件即：即：光屏上的对应点为一明纹，称为光栅主极大位置光屏上的对应点为一明纹，称为光栅主极大位置（光栅方程）（光栅方程）缝数缝数 N=4 N=4 时间栅时间栅衍射的光强分布图衍射的光强分布图k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=6k=-6四、光栅衍射的光强分布四、光栅衍射的光强分布光栅衍射光强分布的合成光栅衍射光强分布的合成 五、缺级五、缺级 a sin =k k=0,1,2,缺极时衍射角应同时满足：缺极时衍射角应同时满足：(a

7、+b)sin =k k=0,1,2,即即：k=(a+b)/a k k k 就是所缺的级次就是所缺的级次缺级：由于单缝衍射的影缺级：由于单缝衍射的影响，光屏上应当出现干涉响，光屏上应当出现干涉主极大的地方，不再出现主极大的地方，不再出现了的现象，称为缺级。了的现象，称为缺级。k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=6 若：若：缺级缺级k=-6缺级：缺级：k=3,6,9,.缺级缺级光栅衍射光栅衍射第三级极第三级极大值位置大值位置单缝衍射单缝衍射第一级极第一级极小值位置小值位置六、斜入射的光栅衍射六、斜入射的光栅衍射(a+b)(sinsin 0)=k k=0,

8、1,2,3 xf0 屏屏 假如有几种单色光同时投射在光栅上，在屏假如有几种单色光同时投射在光栅上，在屏上将出现光栅光谱。上将出现光栅光谱。复色光复色光七、光栅光谱七、光栅光谱七、光栅光谱七、光栅光谱白光投射在光栅上，在屏上除零级主极大明条纹白光投射在光栅上，在屏上除零级主极大明条纹由各种波长混合仍为白光外，其两侧将形成由紫由各种波长混合仍为白光外，其两侧将形成由紫到红对称排列的彩色光带，即光栅光谱。到红对称排列的彩色光带，即光栅光谱。例、波长为例、波长为60006000的单色光垂直入射在一光栅的单色光垂直入射在一光栅上，其次级明纹出现在上，其次级明纹出现在 sin sin 2=0.22=0.2

9、处，第处，第4 4级级为第一个缺级。求为第一个缺级。求 (1)(1)光栅上相邻两缝的距离是多少？光栅上相邻两缝的距离是多少？(2)(2)狭缝可能的最小宽度是多少？狭缝可能的最小宽度是多少？(3)(3)按上述选定的按上述选定的a a、b b 值，事实上能视察到值，事实上能视察到 的全部明纹数是多少？的全部明纹数是多少？在在-900sin-900sin 900900范围内可视察到的明纹级数为范围内可视察到的明纹级数为k=0,k=0,1,1,2,2,3,3,5,5,6,6,7,7,9,9,共共1515条明纹条明纹解解:(1)例、一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光例、一束平行光垂直入射到某个光栅上，

10、该光束有两种波长束有两种波长 1=44001=4400,2=66002=6600试验发觉，试验发觉，两种波长的谱线两种波长的谱线(不计中心明纹不计中心明纹)其次重合于衍其次重合于衍射角射角=600=600的方向上，求此光栅的光栅常数的方向上，求此光栅的光栅常数d d。解：解：其次次重合其次次重合k1=6,k2=4k1=6,k2=41111-X X X X射线的衍射射线的衍射射线的衍射射线的衍射 1895年伦琴发觉X 射线。X 射线是波长很短的电磁波：0.001 0.01nm。阳极阳极（对阴极）（对阴极）阴极阴极X射线管射线管104105V+一、一、X X 射线衍射射线衍射-劳厄试验劳厄试验铅板铅板单晶片单晶片照相底片照相底片单晶片的衍射单晶片的衍射劳厄斑点劳厄斑点d d晶格常数晶格常数(晶面间距晶面间距)是是掠射角掠射角光程差光程差 :二、布喇格方程二、布喇格方程AO.C.Bd干涉相长条件（布喇格公式）：干涉相长条件（布喇格公式）：本次课完本次课完