第十七章-光的衍射PPT課件

1、S二 惠更斯 菲涅爾原理dSrnedS：波陣面上面元 ( (子波波源) ) 菲涅爾指出 衍射圖中的強度分布是因為衍射時， 波場中各點的強度由各子波在該點的相干疊加決定. . 點振動是各子波在此產(chǎn)生的振動的疊加 . .P子波在 點引起的振動振幅 并與 有關(guān) . .rds P： 時刻波陣面 tS*P P點的振動振幅2/P點的振動振幅為零第1頁/共33頁三 菲涅爾衍射和夫瑯禾費衍射夫瑯禾費衍射(遠場衍射)光源、屏與縫相距無限遠縫1L2L在實驗中實現(xiàn)夫瑯禾費衍射SRP菲 涅 爾 衍 射(近場衍射)縫PS 光源、屏與縫相距有限遠第2頁/共33頁夫 瑯 禾 費 單 縫 衍 射衍射角（衍射角 ：向上為正，向

2、下為負 . .）bsinbBC ), 3 , 2 , 1(2kkofLPRABsinbQC菲涅爾波帶法第3頁/共33頁oPRABQ22sinkb2) 12(sinkb一 半波帶法,3,2, 1k1A2AC2/bABb縫長ABoQABRLPC1A2/L第4頁/共33頁), 3 ,2, 1(kkkb22sin干涉相消（）2) 12(sinkb干涉加強（）2sinkb（介于明暗之間）LoPRQAB1A2AC2/sinbBC2k（ 個半波帶）k 個半波帶k2 個半波帶12 k0sinb中央明紋中心第5頁/共33頁sinIobb2b3bb2b3二 光強分布kkb22sin干涉相消（）2) 12(sink

3、b干涉加強（）第6頁/共33頁sinIobb2b3bb2b31L2LfbSRPOxxsinfx當 較小時，xfbfbfb2fb2fb3fb3第7頁/共33頁RPLobf,sin,fxfxbbsinkkb22sin干涉相消（）2) 12(sinkb干涉加強（）討 論（1）第一暗紋距中心的距離fbfx1第一暗紋的衍射角barcsin1x第8頁/共33頁 一定， 越大， 越大，衍射效應(yīng)越明顯. .b1光直線傳播0 , 01b 增大， 減小1b 一定減小， 增大1b2 ,1b衍射最大barcsin1第一暗紋的衍射角角范圍 bbsin線范圍fbxfb中央明紋的寬度fbxl2210（2）中央明紋1k（ 的

4、兩暗紋間）第9頁/共33頁 單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？第10頁/共33頁越大， 越大，衍射效應(yīng)越明顯. .1 入射波長變化，衍射效應(yīng)如何變化 ? ?第11頁/共33頁oRf（4 4）單縫衍射的動態(tài)變化單縫上移，零級明紋仍在透鏡光軸上. . 單縫上下移動，根據(jù)透鏡成像原理衍射圖不變 . .（3）條紋寬度（相鄰條紋間距）kkb22sin干涉相消（）2) 12(sinkb干涉加強（）bffflkk 1除了中央明紋外的其它明紋、暗紋的寬度第12頁/共33頁bABbAB（5 5）入射光非垂直入射時光程差的計算)sin(sin bBCDB（中央明紋向下移動）DABC)sin(sin b（中央明紋

5、向上移動）DCDC第13頁/共33頁 例1 設(shè)有一單色平面波斜射到寬度為 的單縫上（如圖），求各級暗紋的衍射角 .bbABDCBCAD)sin(sin b解由暗紋條件kb)sin(sin), 3 ,2, 1(k)sinarcsin(bk第14頁/共33頁 例2 如圖，一雷達位于路邊 15m 處，它的射束與公路成 角. 假如發(fā)射天線的輸出口寬度 ，發(fā)射的微波波長是18mm ，則在它監(jiān)視范圍內(nèi)的公路長度大約是多少？15m10. 0bm15d15m10. 0b 解 將雷達天線輸出口看成是發(fā)出衍射波的單縫，衍射波能量主要集中在中央明紋范圍內(nèi).第15頁/共33頁m15d15m10. 0b121s2ss根

6、據(jù)暗紋條件,sinb37.10arcsinb)cot(cot1212dsss)15cot()15cot(dm153第16頁/共33頁PHL一 圓孔衍射艾里斑dDfd22. 12：艾里斑直徑ddfDLP第17頁/共33頁二 瑞利判據(jù) 對于兩個強度相等的不相干的點光源（物點），一個點光源的衍射圖樣的主極大剛好和另一點光源衍射圖樣的第一極小相重合，這時兩個點光源（或物點）恰為這一光學儀器所分辨. .08 . 0 I第18頁/共33頁*1s2sf0三 光學儀器的分辨本領(lǐng)2dDfd22. 120D22.10最小分辨角（兩光點剛好能分辨）光學儀器分辨率22.110D1,DDfd22. 12光學儀器的通光孔

7、徑D第19頁/共33頁01 . 0 1990 年發(fā)射的哈勃太空望遠鏡的凹面物鏡的直徑為2.4m ，最小分辨角 ，在大氣層外 615km 高空繞地運行 , 可觀察130億光年遠的太空深處, 發(fā)現(xiàn)了500 億個星系 . 第20頁/共33頁 例1 設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為3mm，而在可見光中，人眼最敏感的波長為550nm，（1）人眼的最小分辨角有多大？ （2）若物體放在距人眼25cm（明視距離）處，則兩物點間距為多大時才能被分辨？解（1）D22.10rad102 . 24（2）m103m105 . 522. 13740102 . 2cm25ld0.055mmcm0055. 0第21頁/共33

8、頁 例2 毫米波雷達發(fā)出的波束比常用的雷達波束窄，這使得毫米波雷達不易受到反雷達導彈的襲擊. （1）有一毫米波雷達，其圓形天線直徑為55cm，發(fā)射頻率為220GHz的毫米波，計算其波束的角寬度； （2）將此結(jié)果與普通船用雷達發(fā)射的波束的角寬度進行比較，設(shè)船用雷達波長為1.57cm，圓形天線直徑為2.33m .解（1）m1036. 1Hz10220m/s1033981crad00603. 0m1055m1036. 144. 244. 223111D（2）rad0164. 0m33. 2m1057. 144. 244. 22222D第22頁/共33頁一 光柵 許多等寬度、等距離的狹縫排列起來形成的

9、光學元件. .QoLPf衍射角第23頁/共33頁b b bb), 2 , 1 , 0( sin) (kkbb明紋位置相鄰兩縫間的光程差：sin) (bb光柵常數(shù)：m101065光柵常數(shù)衍射角b：透光部分的寬度 b：不透光部分的寬度二 光柵衍射條紋的形成 光柵的衍射條紋是衍射和干涉的總效果sin) (bb第24頁/共33頁sinbbkk,2maxbbkk 條紋最高級數(shù)討 論), 2 , 1 , 0( sin) (kkbbsin) (bb23230I 光強分布第25頁/共33頁1 條 縫20 條 縫3 條 縫5 條 縫 光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越亮.亮紋的光強02INI ：單縫光強）（：狹縫數(shù)，N

10、0I第26頁/共33頁sinsin, 11bbkkk一定， 減少， 增大 bbkk1bb一定， 增大， 增大kk1光柵常數(shù)越小，明紋越窄，明紋間相隔越遠), 2 , 1 , 0( sin) (kkbb入射光波長越大，明紋間相隔越遠第27頁/共33頁sin0I入射光為白光時， 不同， 不同，按波長分開形成光譜. .k一級光譜二級光譜三級光譜三 衍射光譜), 2 , 1 , 0( sin) (kkbb bb第28頁/共33頁例如二級光譜重疊部分光譜范圍nm7604002sin) (bb二級光譜重疊部分:nm760600紫3sin) (bbnm60023紫一級光譜二級光譜三級光譜 bbsin0I第2

11、9頁/共33頁連續(xù)光譜：熾熱物體光譜線狀光譜：鈉鹽、分立明線帶狀光譜：分子光譜衍射光譜分類光譜分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光譜，所以由譜線的成分，可分析出發(fā)光物質(zhì)所含的元素或化合物；還可從譜線的強度定量分析出元素的含量第30頁/共33頁 例1 用白光垂直照射在每厘米有6500條刻痕的平面光柵上，求第三級光譜的張角.解nm7604006500/cm1bb148. 165001cmcm106 . 73sin522bbk紅光第三級光譜的張角74.3826.5100.90第三級光譜所能出現(xiàn)的最大波長kbb90sin) (nm5133bb綠光78. 065001cmcm1043sin511bbk紫