资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 光的衍射,Chap.2 Diffraction of Light,主讲人：杨吟野 教授,贵州民族学院理学院,主 要 内 容,2.1,光的衍射现象,2.2,惠更斯菲涅耳原理,2.3,菲涅耳半波带,2.4,菲涅耳衍射,(,圆孔和圆屏,),2.5,菲涅耳直边衍射,2.6,夫琅禾费单缝衍射,2.7,夫琅禾费圆孔衍射,2.8,平面衍射光栅,2.9,晶体对,X,射线的衍射,2.1,光的衍射现象,引言,光学趣谈,P7477,、,P561,图,1,人眼、贝壳、珍珠、羽毛等。,定义：光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。,2.,条件：障碍物的线度和光的波长可以比拟,2.2,惠更斯菲涅耳原理,一、惠更斯原理,1.,波面：波射线,2.,惠更斯原理：,“次波”假设,能解释：直线传播、反射、折射、晶体的双折射等,不能解释：波的干涉和衍射现象（未涉及波长等）,二、菲涅耳对惠更斯原理的改进,1.,改进：根据“次波”假设，补,充了振幅相位的定量表示,式，增加了“次波相干叠加”,2.,惠更斯菲涅耳原理,3.,四个假设,所有次波都有相同的初相位,次波是球面波,4.,积分公式：,菲涅耳衍射积分,菲涅耳衍射,2.2,惠更斯菲涅耳原理,三、衍射的分类,1.,菲涅耳衍射近场衍射：,都有限或其中之一有限,2.,夫琅禾费衍射远场衍射：,都无限（实际：平行光束）,（光源和考察点到障碍物的距离）,2.3,菲涅耳半波带,一、菲涅耳半波带,任何相邻两带,的对应部分所发出,的次波到达,P,点时,的光程差都为 ，,即相位相反。,二、合振幅的计算：,2.4,菲涅耳衍射,(,圆孔和圆屏,),一、圆孔衍射,1.,装置：,2.,结果：,3.,分析：,二、圆屏衍射,三、菲涅耳波带片,1.,波带片：合振幅：奇数,偶数,只让奇数或偶数半波带透光的屏（光学元件）,2.,制作：照相 摄取牛顿环 镀膜光刻,3.,形状：同心环带 长条形 方形,4.,焦距：,波带片与薄透镜相似，但有许多虚焦点，,分别在,3,，,5,，,7,，,优点,：,冷加工省事,“,.,”,“+”,面积大、轻便、可折叠,消色差,2.5,菲涅耳直边衍射,一、半平面障碍物,二、直线传播与衍射现象的关系,2.6,夫琅禾费单缝衍射,一、试验装置与衍射图样的特征,1.,实验装置,2.,衍射图样：,单色：,a.,中央特亮，,两侧亮暗交替分布。,b.,两侧亮条纹等宽，,中央亮条纹宽度为,其它亮条纹的,2,倍。,白色：中央特亮，,其余呈彩色分布。,链接,二、衍射强度的计算,设：,三、衍射图样的光强分布,由,（,1,）单缝衍射中央最大值的位置：,sinu,=0,sin,0,=0,(2),单缝衍射最小值的位置：,（,3,）单缝衍射次最大值的位置：,sin,10,=1.43 ,sin,20,=2.46 ,sin,30,=3.47 ,sin,k0,=,k0,=1,2,令：,A,1,则可由,p,A,p,2,A,0,2,得：,A,1,2,0.0451 A,2,2,0.0162 A,3,2,0.0083,A,4,2,0.0050 A,5,2,0.0024 A,6,2,0.0024,A,7,2,0.0018,四、单缝衍射图样的特点,（,1,）条纹最大值光强不相等、中央最大、,其余皆小，,5%,（,2,）角宽度：,线宽度：,（,3,）暗纹等间距，次最大不是等间距,（,4,）白光作光源：中央白，边缘为彩色,（,5,）,（,6,）,2.7,夫琅禾费圆孔衍射,一、装置：,二、结果：,以中央,亮斑为心,的一组明,暗相间的,同心圆环,三、光强分布：,（,1,）中央最大值位置：,（,2,）最小值位置：,（,3,）次最大的位置,；,中央亮斑的光强占总光强的,84%,其余光强共占,16,四、讨论：,爱里斑（中央亮斑）的半角宽度：,爱里斑的线半径：,当 即 时，衍射现象可略去：几何光学,衍射现象越显著。,这和单缝衍射时很相似。,圆孔的衍射花样只取决于圆孔的直径，,而与圆孔的位置是否偏离主轴无关,可用圆孔衍射检验透镜质量,双圆孔衍射,杨氏干涉,2.8,平面衍射光栅,一,.,实验装置和现象的定性分析,二,.,光栅衍射图样的强度分布,三,.,双缝衍射,四,.,干涉与衍射的关系,五,.,光栅方程,六,.,谱线的半角宽度（,）,七,.,谱线的缺级,八,.,光栅光谱,九,.,闪耀光栅,十,.,光栅的制备,2.8,平面衍射光栅,衍射光栅,定义：,种类：,.,透射光栅，反射光栅,.,平面,光栅，凹面光栅,.,黑白光栅，正弦光栅,.,一维光栅，,二维,光栅，,三维光栅,性质：是一种分光装置,用途：形成光谱,一,.,实验装置和现象的定性分析,1.,实验装置：,b:,各缝的宽度,.,a:,缝间不透明,部分的宽度,.,d,a+b,:,光栅常量,.,上边缘上边缘、下边缘下边缘、中点中点,它反映光栅的空间周期性。,1/d:,光栅密度,.,它表示每毫米内有多少狭缝。,一,.,实验装置和现象的定性分析,2.,衍射图样的强度分布特征：,.,有一系列的主最大和次最大；单缝只有一个主最大,.,主最大的位置与缝数,N,无关，但它们宽度 强度,N,2,.,相邻主最大之间有,N-1,条暗纹和,N-2,个次最大,.,.,强度分布中保留了单缝衍射的因子,曲线的包迹与单缝衍射强度曲线形式一样,.,3,对衍射图样的定性分析：,光谱线：照射光有不同成分组成。,二,.,光栅衍射图样的强度分布,单缝衍射因子,缝间干涉因子,三,.,双 缝 衍 射,单缝衍射因子,双缝,干涉因子,四,.,干涉与衍射的关系,五,.,光 栅 方 程,平行光垂直入射时：,平行光倾斜（,0,）入射时：,与,0,在法线同侧时取“”；,与,0,在法线异侧时取“”。,六,.,谱线的半角宽度（,）,七,.,谱线的缺级,七,.,谱线的缺级,例如：,七,.,谱线的缺级,（,P130,：,N=6,d=4b;P134,：,N=5,d=3b,）,特例：当,d=1.5b,时，,j=1.5k=3,6,缺级。,八,.,光 栅 光 谱,定义：,把波长不同 的同级谱线,集合起来构成的一组谱线,。,复色光：除,0,级以外，各级主最,大位置不同，衍射图样中,有几组颜色。,白光：中央主最大（,0,级）仍是,白色，其余紫在内、红在,外，对称分列两旁。,由光栅方程可得其,重叠条件,为：,如：,400nm,的第三级,(,1,=400,j,1,=3),与,600nm,的第二级,(,2,=600,j,2,=2),重叠。,九,.,闪 耀 光 栅,光栅方程：,Or:,d,sin(2,)=,j,（,见北大,光学,下,P2325.,）,十,.,光栅的制备,2.9,晶体对,X,射线的衍射,一,.,布拉格方程,1.,伦琴射线：,1895,年发现，,1903,年获诺贝尔物理学奖；,2.,劳厄实验：,1912,做,-1914,年获诺贝尔物理学奖（劳厄是伦琴的学生）；,3.,布拉格方程：,1913,研,-1915,年获诺贝尔物理学奖（父子）,2.9,晶体对,X,射线的衍射,注意：,该方程形同光栅方程，但有两个重要的,区别,：,.,对应于每个晶面族都有一个布拉格方程,.,在一维光栅方程中，,是衍射角，对于一定的,波长,总有,满足方程。,在三维光栅方程中，,0,是掠射角，对于一定,的波长,，不一定有,0,满足方程。,（见北大,光学,下,P3536.,）,2.9,晶体对,X,射线的衍射,二,.,实验方法,三应用,测定射线的波长、确定晶体的结构,小 结,一、光的衍射现象,定义：光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象。,2.,条件：障碍物的线度和光的波长可以比拟,二、惠更斯菲涅耳原理 （,P96,）,三、菲涅耳半波带,任何相邻两带的对应部分所发出的次波到达,P,点时的光程差都为,/2,，即相位相反。,A,k,=(a,1,a,k,)/2,四、菲涅耳波带片,只让奇数或偶数半波带透光的屏（光学元件）,f,=,k,2,/(,k,),小 结,五,衍,射,的,分,类,小 结,六、平面透射光栅：,七、晶体的衍射：,布拉格方程,
展开阅读全文