第十七章-光的衍射优秀PPT.ppt

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1、圆孔衍射圆孔衍射单缝衍射单缝衍射*一一 光的衍射现象光的衍射现象*17-1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 惠更斯惠更斯 菲涅尔原理菲涅尔原理：波阵面上面元：波阵面上面元 (子波波源子波波源)菲涅尔指出菲涅尔指出 衍射图中的强度分布是因为衍射时，衍射图中的强度分布是因为衍射时，波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定.点振动是各子波在此产生的振动的叠加点振动是各子波在此产生的振动的叠加.子波在子波在 点引起的振动振幅点引起的振动振幅 并与并与 有关有关.：时刻波阵面时刻波阵面 *P点的振动振幅点的振动振幅P点的振动

2、振幅为零点的振动振幅为零三三 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射(远场衍射远场衍射)光源、屏与缝相距无限远光源、屏与缝相距无限远缝缝在在实实验验中中实实现现夫夫琅琅禾禾费费衍衍射射菲菲 涅涅 尔尔 衍衍 射射(近场衍射近场衍射)缝缝 光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远夫夫 琅琅 禾禾 费费 单单 缝缝 衍衍 射射衍射角衍射角（衍射角（衍射角 ：向上为正，向下为负：向上为正，向下为负.）菲涅尔波带法菲涅尔波带法17-2 单缝的夫琅禾费衍射单缝的夫琅禾费衍射一一 半波带法半波带法缝长缝长干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明

3、纹明纹明纹）（介于（介于明明暗暗之间）之间）（个半波带）个半波带）个半波带个半波带 个半波带个半波带中央明纹中心中央明纹中心二二 光强分布光强分布干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）当当 较小时，较小时，干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）讨讨 论论（1）第一暗纹距中心的距离第一暗纹距中心的距离第一暗纹的衍射角第一暗纹的衍射角 一定，一定，越大，越大，越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显.光直线传播光直线传播 增增大大，减减小小 一定一定减减小小，增增大大衍射最大衍射最大第一暗纹的衍射角第一暗纹的衍射角角范围角

4、范围 线范围线范围中央明纹的宽度中央明纹的宽度（2）中心明纹）中心明纹（的两暗纹间）的两暗纹间）单缝宽度变更，中心明纹宽度如何变更？单缝宽度变更，中心明纹宽度如何变更？越大，越大，越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显.入射波长变更，衍射效应如何变更入射波长变更，衍射效应如何变更?（4 4）单缝衍射的动态变更）单缝衍射的动态变更单缝上移，零级明单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上纹仍在透镜光轴上.单缝上下移动，依据透镜成像原理衍射图不变单缝上下移动，依据透镜成像原理衍射图不变.（3）条纹宽度（相邻条纹间距）条纹宽度（相邻条纹间距）干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹

5、明纹明纹）除了中央明纹外的其除了中央明纹外的其它明纹、暗纹的宽度它明纹、暗纹的宽度（5 5）入射光非垂直入射时间程差的计算）入射光非垂直入射时间程差的计算（中心明纹向下移动）（中心明纹向下移动）（中心明纹向上移动）（中心明纹向上移动）例例1 设有一单色平面波斜射到宽度为设有一单色平面波斜射到宽度为 的单缝的单缝上（如图），求各级暗纹的衍射角上（如图），求各级暗纹的衍射角 .解解由暗纹条件由暗纹条件 例例2 如图，一雷达位于路边如图，一雷达位于路边 15m 处，它的射束与处，它的射束与公路成公路成 角角.假如发射天线的输出口宽度假如发射天线的输出口宽度 ，发射的微波波长是，发射的微波波长是18m

6、m，则在它监视范围内的公路，则在它监视范围内的公路长度大约是多少？长度大约是多少？解解 将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝，将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝，衍射波能量主要集中在中心明纹范围内衍射波能量主要集中在中心明纹范围内.根据暗纹条件根据暗纹条件一一 圆孔衍射圆孔衍射艾艾里里斑斑：艾里斑直径：艾里斑直径17-3 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器的辨别率光学仪器的辨别率二二 瑞利判据瑞利判据 对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一微小相重合

7、，这时两个点光源（或衍射图样的第一微小相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所辨别物点）恰为这一光学仪器所辨别.*三三 光学仪器的辨别本事光学仪器的辨别本事最小分辨角最小分辨角（两光点刚好能辨别）（两光点刚好能辨别）光学仪器分辨率光学仪器分辨率光学仪器的通光孔径光学仪器的通光孔径 1990 年发射的年发射的哈勃哈勃太空望远镜的凹面物镜太空望远镜的凹面物镜的直径为的直径为2.4m，最小分最小分辨角辨角 ，在大气层，在大气层外外 615km 高空绕地运行高空绕地运行,可观察可观察130亿光年远的太亿光年远的太空深处空深处,发现了发现了500 亿个亿个星系星系.例例1 设人眼在正常照度下的

8、瞳孔直径约为设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在可见光中，人眼最敏感的波长为，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，（1）人眼的最小辨别角有多大？）人眼的最小辨别角有多大？（2）若物体放在距人眼）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，（明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被辨别？则两物点间距为多大时才能被辨别？解（解（1）（2）例例2 毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击.（1）有一毫米波雷达，其圆形天线直径为有一毫米波雷达，其圆形天线直径为55cm，发

9、射频率为发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度；的毫米波，计算其波束的角宽度；（2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行比较，设船用雷达波长为度进行比较，设船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直，圆形天线直径为径为2.33m.解（解（1）（2）一一 光栅光栅 很多等宽度、等距离的狭缝排列起来形成的光学元件很多等宽度、等距离的狭缝排列起来形成的光学元件.衍射角衍射角17-4 光栅衍射光栅衍射明纹位置明纹位置相邻两缝间的光程差：相邻两缝间的光程差：光栅常数：光栅常数：光栅常数光栅常数衍射角衍射角：透光部分的宽度：透光部分的宽度：不透光部分的

10、宽度：不透光部分的宽度二二 光栅衍射条纹的形成光栅衍射条纹的形成 光栅的衍射条纹是衍光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果射和干涉的总效果 条纹最高级数条纹最高级数讨讨 论论 光强分布光强分布1 条条 缝缝20 条条 缝缝3 条条 缝缝5 条条 缝缝 光栅中狭缝条数越多，明纹越亮光栅中狭缝条数越多，明纹越亮.亮纹的光强亮纹的光强：单缝光强）：单缝光强）（：狭缝数，（：狭缝数，一定，一定，减少，减少，增大增大一定，一定，增大，增大，增大增大光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远入射光波长越大，明纹间相隔越远入射光波长越大，明纹间相隔越远入射光为入射光为白光白光时

11、，时，不同，不同，不同，按波长分开形成不同，按波长分开形成光谱光谱.一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱三三 衍射光谱衍射光谱例如例如二级光谱重叠部分光谱范围二级光谱重叠部分光谱范围二级光谱重叠部分二级光谱重叠部分:一一级光谱级光谱二二级光谱级光谱三三级光谱级光谱连续光谱：炙热物体光谱连续光谱：炙热物体光谱线状光谱：钠盐、分立明线线状光谱：钠盐、分立明线带状光谱：分子光谱带状光谱：分子光谱衍射光谱分类衍射光谱分类光谱分析光谱分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，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，可分析动身光物质所含的元素或所以由谱线的成分，可分

12、析动身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化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量 例例1 用白光垂直照射在每厘米有用白光垂直照射在每厘米有6500条刻痕的平条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角面光栅上，求第三级光谱的张角.解解红光红光第第三三级光谱的级光谱的张角张角第三级光谱所能出现的最大波长第三级光谱所能出现的最大波长绿光绿光紫光紫光不行见不行见例例2试设计一个平面透射光栅的光栅常数，使试设计一个平面透射光栅的光栅常数，使得该光栅能将某种光的第一级衍射光谱展开得该光栅能将某种光的第一级衍射光谱展开 角角的范围设该光的波长范围为的范围设该光的波长范围为 解解每厘米大约有条刻痕每厘米大约有条刻痕