第2章-光的衍射.ppt

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,*,圆孔衍射,单缝衍射,*,一光的衍射,(diffraction),现象,*,二 惠更斯,菲涅尔原理,：波阵面上面元,(子波波源),菲涅尔指出,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。,点振动是各子波在此产生的振动的叠加,。,子波在 点引起的振动振幅 并与 有关.,：时刻波阵面,*,三菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射,夫 琅 禾 费 衍 射,光源、屏与缝相距无限远,缝,在实验中实现,夫琅禾费衍射,菲 涅 尔 衍 射,缝,光源、屏与缝相距有限远,夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射,衍射角,（衍射角 ：向上为正，向下为负.）,菲涅尔波带法,1,、半波带法,缝长,干涉相消（,暗纹,）,干涉加强（,明纹,）,（介于,明,暗,之间）,（个半波带）,个半波带,个半波带,中央明纹中心,2,、光强分布,干涉相消（,暗纹,）,干涉加强（,明纹,）,当 较小时，,干涉相消（,暗纹,）,干涉加强（,明纹,）,讨 论,（1）,第一暗纹距中心的距离,第一暗纹的衍射角,一定，越大，越大，衍射效应越明显.,光直线传播,增,大,，减,小,一定,减,小,，增,大,衍射最大,第一暗纹的衍射角,角范围,线范围,中央明纹的宽度,（2）,中央明纹,（的两暗纹间）,单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？,越大，越大，衍射效应越明显.,入射波长变化，衍射效应如何变化?,（4）,单缝衍射的动态变化,单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上.,单缝,上下,移动，根据透镜成像原理衍射图,不,变.,（3）,条纹宽度（相邻条纹间距）,干涉相消（,暗纹,）,干涉加强（,明纹,）,除了中央明纹外的其它明纹、暗纹的宽度,（5）,入射光非垂直入射时光程差的计算,（中央明纹,向下,移动）,（中央明纹,向上,移动）,例1,设有一单色平面波斜射到宽度为 的单缝,上（如图），求各级暗纹的衍射角 .,解,由暗纹条件,例2,如图，一雷达位于路边,15,m,处，它的射束与公路成 角.假如发射天线的输出口宽度 ，发射的微波波长是,18,mm,，,则在它监视范围内的公路长度大约是多少？,解,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央明纹范围内.,根据暗纹条件,四 圆孔衍射,艾里斑,：艾里斑直径,五 瑞利判据,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,刚好和另一点光源衍射图样的,第一极小,相,重合,，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨.,*,*,六,光学仪器的分辨本领,最小分辨角,（两光点刚好能分辨）,光学仪器分辨率,光学仪器的通光孔径,1990,年发射的,哈勃,太空望远镜的凹面物镜,的直径为,2.4,m,，,最小分,辨角 ，在大气层,外,615,km,高空绕地运行,可观察,130,亿光年远的太,空深处,发现了,500,亿个,星系.,例1,设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为,3,mm,，,而在可见光中，人眼最敏感的波长为,550,nm,，,问,（1）,人眼的最小分辨角有多大？,（2）,若物体放在距人眼,25,cm,（,明视距离）处，则两物点间距为多大时才能被分辨？,解（1）,（2）,例2,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.,（1）,有一毫米波雷达，其圆形天线直径为,55,cm,，,发射频率为,220,GHz,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度进行比较，设船用雷达波长为,1.57,cm,，,圆形天线直径为,2.33,m,.,解（1）,（2）,七 光栅,许多,等宽度,、,等距离,的狭缝排列起来形成的光学元件.,衍射角,明纹位置,相邻两缝间的光程差：,光栅常数：,光栅常数,衍射角,：透光部分的宽度,：不透光部分的宽度,八 光栅衍射条纹的形成,光栅的衍射条纹是衍,射和干涉的总效果,条纹最高级数,讨 论,光强分布,1,条 缝,20,条 缝,3,条 缝,5,条 缝,光栅中狭缝条数越多，明纹越亮.,亮纹的光强,：单缝光强）,（：狭缝数，,一定，减少，增大,一定，,增大，,增大,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,入射光为,白光,时，不同，不同，按波长分开形成,光谱,.,一级光谱,二级光谱,三级光谱,九 衍射光谱,例如,二级光谱重叠部分光谱范围,二级光谱重叠部分:,一,级光谱,二,级光谱,三,级光谱,连续光谱：炽热物体光谱,线状光谱：钠盐、分立明线,带状光谱：分子光谱,衍射光谱分类,光谱分析,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，可分析出发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,例1,用白光垂直照射在每厘米有,6500,条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角.,解,红光,第,三,级光谱的,张角,第三级光谱所能出现的最大波长,绿光,紫光,不可见,例2,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 角,的范围设该光的波长范围为,解,每厘米大约有条刻痕,1885年,伦琴,发现，受高速电子撞击的金属会发射一种穿透性很强的射线称,射线,劳 厄 斑 点,铅板,单晶片,照像底片,单晶片的衍射,1912年劳厄实验,X,射线,冷却水,布 拉 格 反 射,入射波,散射波,1913,年英国,布拉格父子,提出了一种解释射线衍射的方法，给出了定量结果，并于,1915,年荣获物理学诺贝尔奖,掠射角,晶格常数,相邻两个晶面反射的两,X,射线干涉,加强的条件,布拉格公式,用途,测量射线的波长研究,X,射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能.例如对大分子,DNA,晶体的成千张的,X,射线衍射照片的分析，显示出,DNA,分子的,双螺旋,结构.,DNA,晶体的,X,衍射照片,DNA,分子的双螺旋结构,布拉格公式,