光柵光譜單縫衍射課件

第4章光的衍射§1光的衍射§2單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射§3光柵衍射§4光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)§5X

射線的衍射1第4章光的衍射§1光的衍射1§1光的衍射

一、衍射現(xiàn)象分類二、惠-菲原理2§1光的衍射2一、衍射現(xiàn)象分類衍射：光線偏離原來直線傳播的方向進(jìn)入幾何陰影區(qū)光源衍射物觀察屏衍射花樣圖13一、衍射現(xiàn)象分類光源衍射物觀察屏衍射花樣圖13圖21.菲涅耳衍射2.夫瑯禾費(fèi)衍射光源衍射物觀察屏衍射花樣圖14圖21.菲涅耳衍射2.夫瑯禾費(fèi)衍射光源衍射物觀察屏衍射花樣幾何投影區(qū)菲涅耳衍射區(qū)夫朗禾費(fèi)衍射區(qū)圖示光通過小孔的衍射結(jié)論:幾何光學(xué)是波動(dòng)光學(xué)的近似5幾何投影區(qū)菲涅耳衍射區(qū)夫朗禾費(fèi)衍射區(qū)圖示光通過小孔的衍射結(jié)論二、惠-菲原理1)波傳到的任意點(diǎn)都是子波的波源2)各子波在空間各點(diǎn)進(jìn)行相干疊加概括為：

波面上各點(diǎn)均是相干子波源惠－菲原理提供了用干涉解釋衍射的基礎(chǔ)菲涅耳發(fā)展了惠更斯原理從而深入認(rèn)識(shí)了衍射現(xiàn)象6二、惠-菲原理6A.J.菲涅耳A.J.菲涅耳§2單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射一、實(shí)驗(yàn)裝置及花樣二、用旋矢法求解強(qiáng)度分布三、菲涅耳半波帶法8§2單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射8一、實(shí)驗(yàn)裝置及花樣單縫處波面看作無窮多個(gè)相干波源P點(diǎn)是(無窮)多光束干涉的結(jié)果中央亮紋負(fù)一級(jí)正一級(jí)思考思考：若將縫向上平移如圖衍射花樣怎么分布？9一、實(shí)驗(yàn)裝置及花樣單縫處波面看作無窮多個(gè)相干波源P點(diǎn)是(無1010二、用旋矢法求解強(qiáng)度分布中央亮紋主焦點(diǎn)處11二、用旋矢法求解強(qiáng)度分布中央亮紋主焦點(diǎn)處11圓心角是邊緣光線的相位差中央亮紋任一衍射角處的強(qiáng)度：可以用中央亮紋強(qiáng)度來表示12圓心角是邊緣光線的相位差中央亮紋任一衍射角處的強(qiáng)度：可以用中暗紋邊緣光線的光程差13暗紋邊緣光線的光程差13三、菲涅耳半波帶法1.具體作法若奇數(shù)個(gè)半波帶亮紋(次極大)偶數(shù)個(gè)半波帶2.暗紋條件相鄰半波帶的相對(duì)應(yīng)點(diǎn)光程差均是

/214三、菲涅耳半波帶法偶數(shù)個(gè)半波帶2.暗紋條件相鄰半波帶的相對(duì)應(yīng)§3光柵衍射一、光柵的夫瑯禾費(fèi)衍射二、光柵衍射強(qiáng)度分布三、主極大的缺級(jí)四、其他衍射現(xiàn)象15§3光柵衍射15一、光柵的夫瑯禾費(fèi)衍射光柵常數(shù)為1.多光束干涉每條縫作為一個(gè)集體提供一光線進(jìn)行多光束干涉光柵方程16一、光柵的夫瑯禾費(fèi)衍射光柵常數(shù)為1.多光束干涉光柵方程16光柵方程在分波面法的多光束干涉中沒考慮單縫的衍射影響得到的主極大強(qiáng)度與衍射角無關(guān)全與

=0處主極大強(qiáng)度相等17光柵方程在分波面法的多光束干涉中17不考慮單縫衍射影響時(shí)多光束干涉的強(qiáng)度公式2.單縫衍射對(duì)光柵多光束干涉結(jié)果的修正---零級(jí)主極大的振幅(參閱諧振動(dòng)合成有關(guān)內(nèi)容)考慮單縫衍射影響后必須對(duì)強(qiáng)度公式中的A(

=0)做出修正18不考慮單縫衍射影響時(shí)2.單縫衍射對(duì)光柵多光束干涉結(jié)果的修正-由于每條單縫的衍射使得參與多光束干涉的光線實(shí)際上已進(jìn)行了一次“內(nèi)部”的多光束的干涉所以不同衍射角的各縫的振幅是單縫衍射的振幅這樣分布的振幅又進(jìn)行一次多光束的干涉從而使不同衍射角處最后的振幅為19由于每條單縫的衍射使得參與多光束干涉的光線這樣分布的振再進(jìn)行一次多光束干涉圖示光柵衍射的物理機(jī)制20再進(jìn)行一次多光束干涉圖示光柵衍射的物理機(jī)制20考慮了單縫衍射后不同衍射角處的主極大強(qiáng)度不同中央主極大最強(qiáng)該級(jí)主極大強(qiáng)度較中央主極大弱21考慮了單縫衍射后不同衍射角處的主極大強(qiáng)度不同中央主極大最強(qiáng)該二、光柵衍射強(qiáng)度分布1)主極大位置滿足的光程差公式是光柵方程2)極小次極大位置滿足的光程差公式是3)主極大的強(qiáng)度由單縫衍射進(jìn)行了調(diào)制22二、光柵衍射強(qiáng)度分布2)極小次極大位置滿足的光程2323三、主極大的缺級(jí)由于單縫衍射滿足極小所以使得這一級(jí)主極大無法出現(xiàn)這一現(xiàn)象叫主極大缺級(jí)如果某主極大的位置同時(shí)又是單縫衍射極小位置則該衍射角同時(shí)滿足兩個(gè)光程差公式結(jié)果:和24三、主極大的缺級(jí)由于單縫衍射滿足極小所以使得這一級(jí)主極大無法缺級(jí)滿足關(guān)系從得和25缺級(jí)滿足關(guān)系從得和25缺級(jí)能看出缺哪些級(jí)次嗎?d/a是多少?缺級(jí)能看出缺哪些級(jí)次嗎?光柵光譜單縫衍射27光柵光譜單縫衍射27四、其他衍射現(xiàn)象1.圓孔的夫瑯禾費(fèi)衍射愛里斑一階貝塞爾函數(shù)第一級(jí)極小角半徑線半徑應(yīng)用：星光板針孔濾波28四、其他衍射現(xiàn)象愛里斑一階貝塞爾函數(shù)角半徑應(yīng)用：星光板針圓孔衍射光強(qiáng)分布0IRRR0.6101.6191.116sinθlll由第一暗環(huán)圍成的光斑占愛里斑稱為愛里斑整個(gè)入射光束總光強(qiáng)的84%圓孔衍射0IRRR0.6101.6191.116sinθll2.圓孔的菲涅耳衍射波帶片奇數(shù)個(gè)半波帶亮點(diǎn)偶數(shù)個(gè)半波帶暗點(diǎn)涂上一層使之有一的相位變化

P點(diǎn)是亮