第18次課014-12光的衍射0111級(jí)

1、第第4 4章章 光的衍射光的衍射 （Diffraction of Light）4.1 光的衍射和惠更斯光的衍射和惠更斯-菲涅爾原理菲涅爾原理4.2 單縫的夫瑯和費(fèi)衍射單縫的夫瑯和費(fèi)衍射 4.3 光柵衍射光柵衍射（本章及本學(xué)期重點(diǎn)）（本章及本學(xué)期重點(diǎn)） 4.4 光柵光譜光柵光譜 4.5 圓孔衍射圓孔衍射 光學(xué)儀器的分辯本領(lǐng)光學(xué)儀器的分辯本領(lǐng) 4.6 X射線的衍射射線的衍射 4-1 4-1 光的衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象 惠更斯惠更斯- -菲涅爾原理菲涅爾原理一一. . 光的衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象 當(dāng)當(dāng)障礙物障礙物的線度與的線度與入射光入射光波長(zhǎng)波長(zhǎng) 可比擬可比擬時(shí)，時(shí)，光線偏離直線光線偏離直線，進(jìn)入幾何

2、暗影區(qū)，并，進(jìn)入幾何暗影區(qū)，并形成形成明暗相間條紋明暗相間條紋的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 如：如： 單縫衍射、圓孔衍射、指縫衍射等單縫衍射、圓孔衍射、指縫衍射等圓孔衍射圓孔衍射PH*S12二二. .惠更斯惠更斯 菲涅爾原理菲涅爾原理 菲涅爾的補(bǔ)充：菲涅爾的補(bǔ)充： 從同一波陣面上各點(diǎn)所發(fā)出的子波，經(jīng)傳播在空間從同一波陣面上各點(diǎn)所發(fā)出的子波，經(jīng)傳播在空間各點(diǎn)相遇時(shí)，也可以互相疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。各點(diǎn)相遇時(shí)，也可以互相疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。惠更斯原理：惠更斯原理：波動(dòng)傳播到的各點(diǎn)都可看作是發(fā)射子波的波動(dòng)傳播到的各點(diǎn)都可看作是發(fā)射子波的波源，其后任一時(shí)刻這些子波的包絡(luò)面就是新的波面。波源，其后任一時(shí)刻這些子波的包

3、絡(luò)面就是新的波面。解決的主要問(wèn)題：解決的主要問(wèn)題：波的傳播方向問(wèn)題；波的傳播方向問(wèn)題；未解決的問(wèn)題：未解決的問(wèn)題：波的強(qiáng)度分布、后退波的問(wèn)題波的強(qiáng)度分布、后退波的問(wèn)題 子波假設(shè)子波假設(shè)+ +子波相干疊加子波相干疊加S二二. .惠更斯惠更斯 菲涅爾原理菲涅爾原理 SreS：波陣面上面元：波陣面上面元 ( (子波波源子波波源) )： 時(shí)刻波陣面時(shí)刻波陣面 tS*PK( ):傾斜因子傾斜因子max0 , KK ( )K,02K ( )cos2 ()pKtrECdsrT 三三. 衍射分類衍射分類（1）菲涅耳（）菲涅耳（Fresnel）衍射）衍射( (近場(chǎng)衍射）近場(chǎng)衍射）（2）夫瑯禾費(fèi)（）夫瑯禾費(fèi)（Fr

4、aunhofer）衍射（遠(yuǎn)場(chǎng)衍射）衍射（遠(yuǎn)場(chǎng)衍射）L 和和 D中至少有一個(gè)是有限值。中至少有一個(gè)是有限值。L 和和 D皆為無(wú)限大或等效無(wú)限大。皆為無(wú)限大或等效無(wú)限大。光源光源障礙物障礙物觀察屏觀察屏SPDLB*1. 1. 按光源、按光源、障礙物、觀障礙物、觀察屏三者的察屏三者的距離分類距離分類三三. 分類分類菲涅耳衍射，菲涅耳衍射，夫瑯禾費(fèi)衍射夫瑯禾費(fèi)衍射光源光源障礙物障礙物觀察屏觀察屏SPDLB*1. 1. 按光源、按光源、障礙物、觀障礙物、觀察屏三者的察屏三者的距離分類距離分類2. 2. 按障礙物的形狀分類按障礙物的形狀分類單縫衍射，圓孔衍射，光柵衍射等單縫衍射，圓孔衍射，光柵衍射等4-2

5、 4-2 單縫的夫朗和費(fèi)衍射單縫的夫朗和費(fèi)衍射1 1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置2 2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3 3理論解釋理論解釋4-2 4-2 單縫的夫朗和費(fèi)衍射單縫的夫朗和費(fèi)衍射1 1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置2 2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3 3理論解釋理論解釋菲涅爾半波帶法菲涅爾半波帶法 2.2.明暗紋公式：明暗紋公式： 0 1.1.中央明紋中心：中央明紋中心： 同相位，同相位， ，干涉加，干涉加強(qiáng)，條紋與縫面平行強(qiáng)，條紋與縫面平行 sinABBCa 22k 暗暗(21)2k 明明(1,2,)k 三三. .理論解釋理論解釋菲涅爾半波帶法菲涅爾半波帶法2.2.明暗紋公式：明暗紋公式： 中央明紋寬中央明紋寬1.1.中央明紋中央

6、明紋sinABBCa 22k 暗暗(21)2k 明明(1,2,)k 3.3.明暗紋位置：明暗紋位置： xftg (21)2fka 明明(1,2,)k kfa 暗暗02fla 相鄰明紋間距相鄰明紋間距02lfla 4-2 4-2 單縫的夫朗和費(fèi)衍射單縫的夫朗和費(fèi)衍射sinf 4-2 4-2 單縫的夫朗和費(fèi)衍射單縫的夫朗和費(fèi)衍射可見(jiàn)：可見(jiàn)： 1)1)中央明紋寬度約為其它明中央明紋寬度約為其它明（暗）紋寬度的（暗）紋寬度的2 2倍倍02fla 相鄰明紋間距相鄰明紋間距02lfla 中央明紋寬中央明紋寬2)2)若若 一定，一定，a 越小，越小， 越大，衍射越明顯越大，衍射越明顯 f kx3)3)若若a

7、、f 已知，可通過(guò)測(cè)已知，可通過(guò)測(cè)l 或或l0 求求 ； 且由于且由于l0 , 若白光入射，則中央明紋白若白光入射，則中央明紋白 色，兩側(cè)明紋為由紫到紅的彩條帶色，兩側(cè)明紋為由紫到紅的彩條帶 4)4)若若a 、 0 0 ，光滿足直進(jìn)原理，光滿足直進(jìn)原理 *光強(qiáng)分布的計(jì)算：光強(qiáng)分布的計(jì)算： P.171P.174例例1.1.平行單色光平行單色光 =500nm，垂直入射到單，垂直入射到單縫縫a=0.25mm，緊靠縫后放一凸透鏡，測(cè)，緊靠縫后放一凸透鏡，測(cè)得第三條暗紋間距離得第三條暗紋間距離2x3 3暗暗=3mm，求，求f=?例例2.2.平行單色光平行單色光 , ,斜斜入射到單縫入射到單縫a，明暗，明暗紋條