0,（Diffraction of light）,第二部分 光的衍射,5 衍射现象、单缝的夫琅禾费衍射,7 光栅衍射,6 光学仪器的分辨本领,1,一、光的衍射现象,光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物边缘而偏离直线传播的现象。,如果波长与障碍物相当，衍射现象最明显。,上页,下页,退出,返回,5 衍射现象、单缝的夫琅禾费衍射,2,二. 惠更斯菲涅耳原理,(一). 惠更斯原理,媒质中波传到的各点,都可看作开始发射子波的子波源 (点波源)。,在以后的任一时刻, 这些子波面的包络面就是实际的波在该时刻的波前 。,上页,下页,退出,返回,3,上页,下页,退出,返回,4,(二). 惠更斯菲涅耳原理,波传到的任何一点都是子波的波源，各子波在空间某点的相干叠加（干涉），就决定了该点波的强度。,1.波传到P点处时的能量分布决定于各子波的合振动。,2.愈大，r方向子波振幅愈小。 菲涅耳认为： /2时，振幅为零，因而强度也为零，说明子波不能向后传播。,上页,下页,退出,返回,5,1. 菲涅耳衍射（Fresnel diffraction） 光源和观察屏（或二者之一）离衍射屏的距离有限时的衍射近场衍射,上页,下页,退出,返回,三、衍射的分类,观察比较方便，但定量计算却很复杂。,6,2. 夫琅禾费衍射(Fraunhofer diffraction) 光源和观察屏都离衍射屏无限远时的衍射远场衍射,上页,下页,退出,返回,计算比较简单,7,夫琅禾费 (Joseph von Fraunhofer 17871826) 夫琅禾费是德国物理学家。1787年3月6日生于斯特劳宾，父亲是玻璃工匠，夫琅禾费1806年开始在光学作坊当光学机工，1818年任经理，1823年担任慕尼黑科学院物理陈列馆馆长和慕尼黑大学教授，慕尼黑科学院院士。1826年6月7日因肺结核在慕尼黑逝世。,上页,下页,退出,返回,8,在屏幕上某点 P 距屏幕中心 o 点为 x，对应该点的衍射角为 ，AB 间两条光线的光程差为 。,四 单缝的夫琅禾费衍射,上页,下页,退出,返回,9,1. 半波带法,上页,下页,退出,返回,10,上页,下页,退出,返回,11,减弱,加强,2. 加强减弱条件,上页,下页,退出,返回,12,暗纹,明纹,3. 明纹、暗纹位置,上页,下页,退出,返回,13,中央明纹宽度,为两个一级暗纹间距,上页,下页,退出,返回,14,相邻条纹间距,相邻暗纹间距,相邻明纹间距,除中央明纹以外，衍射条纹平行等距。,上页,下页,退出,返回,15,条纹间距,1.,衍射现象明显。,衍射现象不明显。,2.,4. 讨论,上页,下页,退出,返回,16,波长对衍射条纹的影响,上页,下页,退出,返回,17,缝宽对衍射条纹的影响,上页,下页,退出,返回,18,单缝位置对衍射条纹的影响,上页,下页,退出,返回,19,光源位置对衍射条纹的影响,上页,下页,退出,返回,20,例： 单缝宽a=0.5mm，屏距缝D=100cm，单色平行光垂直照射单缝，则在屏上形成衍射条纹；若在距离屏上中央明条纹中心距离为1.5mm处的P点为一亮纹，求： （1）入射光的波长； （2）P点条纹的级数和这条纹对应的衍射角； （3）狭缝处的波面可分为几个半波带； （4）中央明纹的宽度。 解：（1）由单缝衍射明条纹的条件：,上页,下页,退出,返回,21,因为k越大得到的波长越小，所以，当k2时，求出的波长均不在可见光范围。又因P点是亮纹，所以入射光的波长一定是500nm。,（2）因为P点的明纹对应的k值等于1，所以是第一级明条纹，其对应的衍射角可由明条纹的条件得出 ：,k=1，所以,上页,下页,退出,返回,k=2时,当k=1时,22,（3）狭缝处的波面所分的波带数和明条纹对应的级数的关系为：波带数 =2k+1。因为k=1，所以狭缝处的波面可分为3个半波带。 （4）中央明条纹的宽度为左右第一级暗条纹间距离：,上页,下页,退出,返回,23,6 光学仪器的分辨本领,一.圆孔的夫琅禾费衍射,圆孔孔径为D,L,衍射屏,观察屏,中央亮斑 (爱里斑),1,上页,下页,退出,返回,24,非相干叠加,瑞利判据:对于两个等光强的非相干物点,如果其一个象斑的中心恰好落在另一象斑的边缘(第一暗纹处),则此两物点被认为是刚刚可以分辨。,上页,下页,退出,返回,二.透镜的分辩本领,25,分辨本领,不可选择，可,显微镜：,D不会很大，可,望远镜：,上页,下页,退出,返回,26,一. 光栅,1. 光栅大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。,d,a是透光（或反光）部分的宽度,b是不透光(或不反光)部分的宽度; d=a+b 光栅常数,3. 光栅常数,2. 种类：,上页,下页,退出,返回,7 光栅衍射,27,二. 光栅衍射,（多光束干涉）,光栅方程（光栅公式）,明纹(主极大)条件：,k = 0,1,2,3,上页,下页,退出,返回,28,I,衍射光相干叠加,三、缺级现象,双缝干涉条纹各级主极大的强度不再相等，而,是受到了衍射的影响。主极大的位置没有变化。,上页,下页,退出,返回,29, d/a的大小决定了衍射中央明纹范围内干涉条纹的多少。当 、且 很小时，衍射中央明纹范围宽，其间干涉条纹数多，相邻明纹强度最大值变化不大，这就过渡到了不考虑衍射时的双缝干涉情形。,上页,下页,退出,返回,时，双缝干涉光强受衍射调制如下图,30, 明纹缺级现象,衍射暗纹位置：,时,出现缺级。,干涉明纹缺级级次,干涉明纹位置：,例如 时，缺2，4，6级。,上页,下页,退出,返回,31,二. 光栅光谱,光栅光谱有多级,不同波长的光在谱线上被分开,白光的光栅光谱,上页,下页,退出,返回,32,例：波长6000埃的单色光，垂直照射在光栅上，第2级明纹出现在sin=0.2的位置上。当用另一未知波长的单色光垂直照射该光栅时，其第1级明纹出现在sin=0.08的位置。求 （1）该光栅的光栅常数； （2）未知单色光的波长； （3）已知单色光的第3条明线缺级，试计算该光栅狭缝的最小宽度a。,解：由光栅衍射公式,上页,下页,退出,返回,（1）第二级明条纹满足：,33,（3）第3级明条纹缺级，可得出,上页,下页,退出,返回,（2）由：,得：,狭缝的最小宽度,