基礎(chǔ)光學(xué)第7章衍射光柵課件

1、第七章衍射光柵7.1 夫瑯禾費多縫衍射縫平面S f透鏡L透鏡LO觀察屏 pdsind所有衍射角為 的平行衍射光線通過透鏡L后，將匯聚于位于其后方焦面處的觀察屏上一點P。相鄰兩條狹縫出發(fā)以 角衍射的光線之間存在固定的光程差固定的位相差多縫衍射的強度分布單縫衍射的振幅和強度分布 ， 其中OB1B3BNB2BN-1B0多縫衍射場的矢量圖解由于相鄰兩條狹縫的衍射光線之間的相位差均為每個角度為 ，根據(jù)幾何關(guān)系可知所以O(shè)B1B3BNB2BN-1B0等腰三角形的腰長而N 條狹縫的總衍射場的強度而其中 ， ：單縫衍射強度分布特征，因此稱為單縫衍射因子； ：N個單縫之間的相互干涉的特征，因此稱 縫間干涉因子。N

2、 條狹縫的總衍射場的強度縫間干涉因子的特征及其隨縫數(shù)的變化縫間干涉因子特點0/d-(/d)-2(/d)2/dIsinN = 40級1級主極強位置與N無關(guān)！主極強大?。簡慰p強度的N2倍又因q 90o例如 l = 0.4dm只能取主級強的數(shù)目只和波長及縫間距離有關(guān)。N越大，主級強條紋越細、越亮。相鄰主極強間有N-1個暗紋和N-2個次極強。主極強半角寬度Dq ：亮線的中心到鄰近暗線間的角距離大衍射角時零點位置、次極強數(shù)目Nb 為 p 的整數(shù)倍b 不是 p 的整數(shù)倍干涉因子的零點這時幕中心附近的主級強0/d-(/d)-2(/d)2/dIsinN = 40級1級單縫衍射因子對衍射強度的調(diào)制12-10-2

3、48-40-848-40-8(a) 單縫衍射1(b) 縫間干涉(c) 多縫衍射一般而言，缺級產(chǎn)生在圖中N = 4，d = 4a單縫衍射因子零點遇到縫間干涉主極強，產(chǎn)生缺級48-40-8-12-1-2-312縫數(shù)為N = 16時的衍射光強分布N = 1N = 2N = 3N = 4N = 5N = 6縫數(shù)為N = 16時的衍射圖像 = 0.5 m 的單色光垂直入射到光柵上，測得第3級主極大的衍射角為30o，且第4級為缺級。 求： （1）光柵常數(shù)d； （2）透光縫最小寬度a；（3） 對上述 a、d 屏幕上可能出現(xiàn)的譜線數(shù)目。解：（1）d =3 m （2）缺4級a =0.75 m （3）k = 0，

4、 1， 2， 3， 59條！例題 7.2 衍射光柵由一種衍射單元周期性地重復(fù)排列而形成的衍射屏稱為衍射光柵。多縫衍射屏其實就是一種透射光柵。此外還有利用反射光衍射的反射光柵等各種類型。光柵常數(shù)：空間周期 d 對于透射光柵而言就是縫間距離d光柵光譜的形成原理0112233llI雙波長光的光柵光譜衍射條紋（除0級以外），各波長光的衍射條紋也會在空間上分離，產(chǎn)生色散，從而形成光譜。光柵公式白光的光柵光譜是連續(xù)譜：0級1級2級-2級-1級(白)3級-3級一級光譜二級光譜三級光譜-1光柵光譜的譜線寬度半角寬度:衡量譜線的寬度，定義為某一譜線的極大值和其相鄰的零點之間的角度差。其相鄰的零點位置為半角寬度傍

5、軸條件下任意第m級的譜線的極大值位置得而角色散本領(lǐng)、線色散本領(lǐng)、色分辨本領(lǐng)1、角色散本領(lǐng)k級，波長附近，單位波長差所產(chǎn)生的衍射角間隔。說明： m ,d D ; 與單元總數(shù)N無關(guān)。定義：單位：根據(jù)：得：光柵的色散本領(lǐng)2、線色散本領(lǐng)k級，波長附近，單位波長差所產(chǎn)生的譜線間線間隔。說明： f Dl ; 定義：單位：根據(jù)：光柵的色分辨本領(lǐng)色分辨本領(lǐng):表征光柵對相近波長譜線的分辨能力兩條譜線恰可分辨時，最小可分辨的兩條譜線的波長差為色分辨本領(lǐng)為波長差為 的兩條譜線的空間角距離 又不可分辨恰可分辨良好分辨光柵的自由光譜范圍光柵物鏡接收面可見光區(qū)內(nèi)的光柵光譜某一級（m級）光譜不產(chǎn)生重疊的區(qū)域稱為自由光譜范圍

6、。在自由光譜范圍或即7.3 閃耀光柵入射光衍射光NnnN光柵平面光柵平面垂直光柵平面照射 垂直槽面照射照射方式槽面寬度為a，光柵常數(shù)（相鄰槽面間的距離）為dN和n之間的夾角稱為閃耀角b相鄰兩個槽面衍射光的光程差干涉極強的波長條件為當 時，12-10-2-312-10-2312-10-23單槽面衍射槽間干涉光柵衍射1）垂直光柵平面照射 波長為 的衍射光的1級譜線恰好落在單槽面衍射的中央極大的位置上，獲得最大強度。同時，由于ad ，除1級譜線外，其它級別的譜線都落在單槽面衍射光強零點的位置上產(chǎn)生缺級。入射光衍射光Nn光柵平面1級閃耀波長2）垂直槽面入射 反射光沿原路返回，單槽面衍射中央主極大位于衍

7、射角為 的n方向上。在此方向上的1級閃耀波長為當 m=2 時，該波長稱為2級閃耀波長。由于光柵具有良好的色散能力，可以用來分光。以光柵作為色散元件的分光儀器就是光柵光譜儀。nN光柵平面7.4 全息技術(shù)基礎(chǔ) 通過引入一個與物光波相干的參考光波與物光波進行干涉，將物光波中的振幅和相位信息以干涉條紋（干涉圖）的形式記錄在某種介質(zhì)上稱為全息圖（Hologram）。 利用光波衍射的原理，讓光照射全息圖，通過光波的衍射，再現(xiàn)原始物光波，該光波將產(chǎn)生包含物體全部信息的三維像。這個波前記錄和再現(xiàn)的過程就是全息技術(shù)(Optical Holography)，或全息照相。光全息發(fā)展歷史簡述（1）全息術(shù)的提出 在19

8、48年，英籍匈牙利科學(xué)家伽柏光全息術(shù)。（2）全息術(shù)發(fā)展的幾個階段 1962年，美國科學(xué)家利思和烏帕尼克提出了離軸全息術(shù)。激光記錄、激光再現(xiàn)的第二代全息技術(shù)。第三代全息技術(shù)是利用激光記錄和白光再現(xiàn)的全息技術(shù)。第四代全息技術(shù)可能是白光記錄和白光再現(xiàn)的全息技術(shù)。除了用光學(xué)干涉方法記錄全息圖，還可用計算機和繪圖設(shè)備畫出全息圖，這就是計算全息。波前記錄與再現(xiàn)（1）波前記錄RO氦氖激光器分束板全反射鏡全反射鏡擴束鏡擴束鏡全息記錄干板物體波前記錄光路物光波前復(fù)振幅參考波前復(fù)振幅記錄介質(zhì)上的總光強物光波強度分布記錄介質(zhì)上的總光強參考光強度分布約為常數(shù)干涉項包含有物光波的振幅和相位全息圖是記錄了物體光波振幅和相

9、位信息的復(fù)雜光柵（2）記錄過程的線性條件直線區(qū)域1.00.50.0tE全息圖的振幅透過率假定參考光的強度在整個記錄表面是均勻的，則將曝光量變化范圍控制在全息干板t-E曲線的線性段內(nèi)全息干板t-E曲線均勻偏置透過率（3）波前再現(xiàn)l0l0qq透過全息圖后的衍射光波場l0l0qq(1)僅僅改變照明光波C的振幅，并不改變照明光波的特性(2)物光波造成的強度分布,噪聲信號，需抑制(3)若C=R=常數(shù)，則物光波前的準確再現(xiàn)，+1級(4)若C=R=常數(shù)，則物光共軛波前的再現(xiàn)，-1級全息照相的特點（1）與普通照相比較，原理上有著根本的區(qū)別。（2）普通照相物體和底片之間有點點對應(yīng)的關(guān)系，因此，若將圖片分割成碎片

10、則圖像就不完整，但分辨率不變。全息照相在物體和底片（全息圖）之間是點面對應(yīng)的關(guān)系。（3）普通照相在一張底片上只能拍照一個場景；而全息照相在一張全息感光板（底片）用多次曝光法可重疊拍攝若干個場景。（4）普通照相記錄物體的光強度，不要求照明光源的相干性；全息照相記錄的是物光波和參考光波的干涉條紋，要求物光和參考光是相干光。（5）普通照相獲得的圖像是實像，其放大倍數(shù)取決于拍攝時物距和像距；全息照片的再現(xiàn)像有多個像，其中有的是實像，有的是虛像，放大倍數(shù)取決于記錄時所用光波波長和再現(xiàn)時所用光波波長。全息圖的分類從物光波與參考光波的主光線是否同軸來分類，可以分為同軸全息圖和離軸全息圖。從記錄時物體與全息片的相對位置的遠近關(guān)系及物光的特點來考慮，可分為菲涅耳全息圖、夫瑯禾費全息圖、像面全息圖和傅里葉變換全息圖。從記錄介質(zhì)的厚度考慮，可以分為平面