光的衍射夫瑯禾費(fèi)單縫衍射.ppt

第六節(jié),光的衍射,一、光的衍射現(xiàn)象,光在傳播過程中遇到障礙物，光波會繞過障礙物的邊緣偏離直線傳播，到達(dá)障礙物的幾何陰影區(qū)。,如果波長與障礙物的線度相當(dāng)，衍射現(xiàn)象最明顯。,二、惠更斯-菲涅耳原理,惠更斯原理（子波假說）只能解釋波的衍射現(xiàn)象中光的傳播方向問題，不能給出衍射波的強(qiáng)度，不能解釋條紋的形成。,惠更斯- 菲涅耳原理：波前S上每一個面元dS都可以看成是發(fā)射球面子波的新波源，波場中P點的強(qiáng)度由各個子波在該點的相干疊加決定。,菲涅耳在惠更斯子波假說的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了子波相干疊加的概念。,波在前進(jìn)過程中引起前方某點的總振動，為面 S 上各面元 dS 所產(chǎn)生子波在 P 點引起分振動的總和，即這些子波在 P 點的相干疊加。,元振動：,沿入射波方向的衍射子波振幅最大，子波不向后衍射！,球面波振幅,方向因子,簡諧波,垂直入射S,三、衍射的分類-菲涅耳衍射、夫瑯禾費(fèi)衍射, 菲涅耳衍射（近場衍射）, 夫瑯和費(fèi)衍射（遠(yuǎn)場衍射）,光源障礙物接收屏 至少有一個距離為有限遠(yuǎn)。,光源障礙物接收屏,距離都為無限遠(yuǎn)，即平行光入射，平行光出射。,第七節(jié),夫瑯禾費(fèi)單縫衍射,夫瑯禾費(fèi) (Joseph von Fraunhofer 17871826) 夫瑯禾費(fèi)是德國物理學(xué)家。1787年3月6日生于斯特勞賓，父親是玻璃工匠，夫瑯禾費(fèi)幼年當(dāng)學(xué)徒，后來自學(xué)了數(shù)學(xué)和光學(xué)。1806年開始在光學(xué)作坊當(dāng)光學(xué)機(jī)工，1818年任經(jīng)理，1823年擔(dān)任慕尼黑科學(xué)院物理陳列館館長和慕尼黑大學(xué)教授，慕尼黑科學(xué)院院士。夫瑯禾費(fèi)自學(xué)成才，一生勤奮刻苦，終身未婚，1826年6月7日因肺結(jié)核在慕尼黑逝世。,夫瑯禾費(fèi)集工藝家和理論家的才干于一身，把理論與豐富的實踐經(jīng)驗結(jié)合起來，對光學(xué)和光譜學(xué)作出了重要貢獻(xiàn)。1814年他用自己改進(jìn)的分光系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)并研究了太陽光譜中的暗線（現(xiàn)稱為夫瑯禾費(fèi)譜線）.,利用衍射原理測出了它們的波長。他設(shè)計和制造了消色差透鏡，首創(chuàng)用牛頓環(huán)方法檢查光學(xué)表面加工精度及透鏡形狀，對應(yīng)用光學(xué)的發(fā)展起了重要的影響。他所制造的大型折射望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器負(fù)有盛名。他發(fā)表了平行光單縫及多縫衍射的研究成果（后人稱之為夫瑯禾費(fèi)衍射），做了光譜分辨率的實驗，第一個定量地研究了衍射光柵，用其測量了光的波長，以后又給出了光柵方程。,單色平行光垂直照射單縫，衍射條紋如圖,一 .裝置,光路,衍射條紋,如何確定明暗條紋的位置？, ： 衍射角,（縫寬）,線源,二 . 半波帶法, 中央明紋（中心）,(1) Ap和Bp 的光程差為,1,2,1,2,將單縫處的波面分成與縫平行的等寬窄條，每一窄條稱為一個波帶。若相鄰兩波帶上的對應(yīng)點沿方向的衍射光到P點處的光程差為/2，即相位差為 ，這種波帶稱為半波帶。,相鄰兩半波帶貢獻(xiàn)給P點的合振幅為零！,當(dāng) 時，可將縫分成三個“半波帶”，, p 處形成明紋（中心）,其中兩相鄰半波帶的衍射光相消，,余下一個半波帶的衍射光不被抵消,相消， p 處形成暗紋。, 當(dāng) 時，,縫分成四個“半波帶” ，,可將,兩相鄰半波帶的衍射光, 暗紋（中心）, 明紋（中心）, 中央明紋（中心）,一般情況：,單縫處的波面分割成:,偶數(shù)個半波帶,奇數(shù)個半波帶,不是整數(shù)個半波帶， P 點光強(qiáng)在明暗之間。,1.條紋角寬度,暗紋條件,三. 條紋寬度,（1）衍射反比定律： a 越小，條紋散得越開。,（2） a 時，條紋密集于中央，成為一條 亮線，相當(dāng)于光的直線傳播 。,幾何光學(xué)是 波動光學(xué)在 時的極限情況。,（3）當(dāng) 時會出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象。 a 時條紋太暗。,條紋角寬度,2. 中央明紋線寬度,(1級暗條紋之間的區(qū)域),3. 其他明紋寬度, 單縫衍射明紋寬度的特征,四. 光強(qiáng)：,中央明紋最亮，其它明紋光強(qiáng)迅速下降。,條紋間距,五、討論,波長對衍射條紋的影響,縫寬對衍射條紋的影響,單縫位置對衍射條紋的影響,光源位置對衍射條紋的影響,Single slit,Double slit,Three slit,Seven slit,More slit,Double hole,Square aperture,單縫衍射,正三邊形孔,正四邊形孔,正六邊形孔,正八邊形孔,條紋在屏幕上的位置與波長成正比，如果用白光做光源，中央為白色明條紋，其兩側(cè)各級都為彩色條紋。該衍射圖樣稱為衍射光譜。,0,1,-1,-