大学物理课件-光的衍射.ppt
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1、 光的衍射光的衍射(绕射绕射) (Diffraction of Light)光在传播过程中能绕过光在传播过程中能绕过障碍物边缘障碍物边缘, ,偏离直线传偏离直线传播的现象称为衍射。播的现象称为衍射。 6.4 6.4 光的衍射光的衍射光的衍射光的衍射 ( diffraction of light )( diffraction of light )6.4.1 光的衍射现象光的衍射现象(2) f 单狭缝单狭缝透镜透镜P观察屏观察屏o f 圆孔圆孔透镜透镜P观察屏观察屏o*s观察屏观察屏o小圆孔小圆孔 小圆板小圆板观察屏观察屏o6.4.2惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理(Huygens-Fresne
2、l principle)1.惠更斯原理惠更斯原理tt + t球面波球面波u t2.菲涅耳假说菲涅耳假说(3)t+ t 时刻波面时刻波面u t波传播方向波传播方向平面波平面波t 时刻波面时刻波面2)引入倾斜因子引入倾斜因子K( ),在在 /2 时时, K( )=0子波子波dS在在P点的光振动点的光振动:PdE(P)QdSS(波前波前)设初相为零设初相为零n (衍射角衍射角)菲涅耳积分菲涅耳积分波面波面S在在P点的光振动点的光振动(子波合振动子波合振动):1)从同一波阵面上各点发出从同一波阵面上各点发出 子波在空间相遇时子波在空间相遇时,互相叠互相叠 加加而产生干涉现象而产生干涉现象。(4)PEP
3、E( (近场衍射近场衍射) )( (远场衍射远场衍射) )AAss6.4.3 菲涅耳衍射菲涅耳衍射 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射1.菲涅耳菲涅耳(A.J.Fresnel,1788-1827)衍射衍射 光源到障碍物光源到障碍物; 障碍物到受光屏障碍物到受光屏; 二者均为二者均为有限远有限远, 或者有一个为有限远或者有一个为有限远2.夫琅禾费夫琅禾费(J.Fraunhofer)衍射衍射 光源到障碍物光源到障碍物: 无限远无限远 (入射光为平行光入射光为平行光) 障碍物到受光屏障碍物到受光屏: 无限远无限远 (衍射光为平行光衍射光为平行光) 6.56.5 夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射
4、夫琅禾费单缝衍射 (Diffraction by single slit )(Diffraction by single slit )6.5.1 夫琅禾费单缝衍射装置夫琅禾费单缝衍射装置(5)s f f a LLPAB 单缝单缝Eox 点光源点光源1.衍射光线衍射光线: 平行光线平行光线P点点明明暗暗取取决决于于单单缝缝处处波波阵阵面面上上所所有有子子波波发发出出的的平平行行光光线线到到达达P点点的的振振动动的的相干叠加相干叠加。2.衍射角衍射角 : 衍射光线与单衍射光线与单缝平面法线方向的夹角缝平面法线方向的夹角。规定规定:逆时转过的角逆时转过的角, 取取“+” 顺时转过的角顺时转过的角,
5、取取“-” 在在 /2 范围内范围内ABf f透镜透镜L 透镜透镜L s yz观察屏观察屏Ex6.5.2用菲涅耳半波带分析夫琅禾费单缝衍射图样用菲涅耳半波带分析夫琅禾费单缝衍射图样(6)1.半波带半波带(half-wave zone ) 三个半波带三个半波带四个半波带四个半波带2.衍射条纹分析衍射条纹分析k=1,2,.暗暗k=1,2,.明明ABC中央零级明纹区域中央零级明纹区域:AB(7)= /N= /N 0BAC上图中上图中: 露出的波面被分为露出的波面被分为N个细带个细带, 各个细带发出的光各个细带发出的光在在P点的振幅矢量点的振幅矢量, 其大小相等其大小相等, 相位相同相位相同, 叠加后
6、加强。叠加后加强。上图中上图中: 半波带被分为半波带被分为N个细带个细带, 各个细带发出的光在各个细带发出的光在P点的振幅矢量点的振幅矢量, 其大小相等其大小相等, 相位逐个相差相位逐个相差 /N一个半波带一个半波带BAC两个半波带两个半波带最暗处最暗处 = 2 (第一极小第一极小)ABf f透镜透镜L 透镜透镜L s yz观察屏观察屏Exs f f a LLPAB 单缝单缝Eox 线光源线光源3.线光源照明的夫琅和费单缝衍射图样线光源照明的夫琅和费单缝衍射图样(9)(10)中央零级明纹中央零级明纹6.5.3 单缝衍射的条纹分布单缝衍射的条纹分布ox1.单缝衍射条纹的位置单缝衍射条纹的位置(明
7、明)(暗暗)2.衍射条纹宽度衍射条纹宽度(fringe width)Ix1x2衍射屏衍射屏o观测屏观测屏 半半1)角宽度角宽度(angular width) 某一明纹的角宽度某一明纹的角宽度为该明纹两侧两相邻为该明纹两侧两相邻暗纹中心对透镜光心暗纹中心对透镜光心所张的角度所张的角度。 透镜透镜 f(11)(与与 k 无关无关)设第设第 k 级明纹角宽度为级明纹角宽度为 k , 由暗纹条件得由暗纹条件得其它其它明纹明纹:2)衍射明纹的线宽度衍射明纹的线宽度中央明纹中央明纹:(12)Ix1x2ox0 半半f半半角宽度角宽度(half-angular width)中央明纹中央明纹角宽度角宽度 0衍射
8、强弱的标志衍射强弱的标志1)缝宽缝宽 a 对条纹影响对条纹影响 设设f , 值值固定固定: a 越小越小 xk越大越大,条纹越疏条纹越疏(衍射显著衍射显著). a 越大越大 xk 越小越小,条纹越密条纹越密(a不可过大不可过大)(13)当当 a 时时,几何光学是波动光学在几何光学是波动光学在 /a 0 时的极限情形。时的极限情形。中央明纹宽度中央明纹宽度: :其它明纹宽度其它明纹宽度:讨论讨论: :各级衍射条纹合并各级衍射条纹合并成单一的亮线成单一的亮线 光光源源s的几何光学像的几何光学像。2) 波长对条纹宽度的影响波长对条纹宽度的影响 越大越大:波长越长波长越长条纹宽度越宽条纹宽度越宽衍射效
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- 大学物理 课件 衍射