光的衍射第一講概述課件

1、波動(dòng)光學(xué)(II)波動(dòng)光學(xué)(II)第五章光單縫夫瑯禾費(fèi)衍射第一節(jié)1、光波的衍射現(xiàn)象引言引言 光在傳播過程中遇到障礙物時(shí)，偏離直線傳播方向，進(jìn)入障礙物陰影區(qū)域中傳播的現(xiàn)象。圓孔衍射圓屏衍射刮胡刀片邊緣衍射衍射效應(yīng)不明顯衍射效應(yīng)明顯，且呈現(xiàn)個(gè)性特征向散射過渡引言引言正三邊形孔 正四邊形孔 正六邊形孔 圓孔 特點(diǎn)：1）光束在衍射屏上的某方向受到限制，則沿該方向發(fā)生衍射；2）光孔線度越小，對光束的限制越強(qiáng)，則衍射效應(yīng)越明顯；衍射是由光波在傳播過程中波面受到某種限制，即自由、完整的波面發(fā)生破缺。引言引言2、惠更斯菲涅耳原理Augustin Fresnel( 17881827 )France波面上各點(diǎn)都可視

2、為子波源，波前方空間任一點(diǎn)的振動(dòng)，是所有子波在該點(diǎn)相干疊加的結(jié)果。子波相干疊加SP引言引言 干涉和衍射的區(qū)別 ?(1) 在本質(zhì)上，兩者沒有區(qū)別。 干涉和衍射都是光的相干疊加的結(jié)果。(2) 在數(shù)量上，兩者有區(qū)別。 對于干涉，參與疊加的光的數(shù)量是有限的。 對于衍射，參與疊加的光的數(shù)量是無限的。2、惠更斯菲涅耳原理引言引言3、光波衍射的分類（按光源、障礙物與屏的相對位置分）菲涅耳衍射(近場衍射)無限遠(yuǎn)光源夫瑯禾費(fèi)衍射(遠(yuǎn)場衍射)無限遠(yuǎn)相遇*引言引言狹縫點(diǎn)光源照射下的單縫衍射條紋一、單縫衍射現(xiàn)象一、單縫衍射現(xiàn)象條件：1）狹縫非常窄（10 1000 ）2）滿足夫瑯禾費(fèi)衍射條件一、單縫衍射現(xiàn)象一、單縫衍射

3、現(xiàn)象現(xiàn)象：（2）中央明紋最寬、最亮，其余條紋依次減弱；（1）衍射條紋呈明暗相間、對稱的穩(wěn)態(tài)分布。二、理論分析二、理論分析 1、菲涅耳半波帶法1）中央明紋a中央明紋（衍射角明or 暗？：向上為正，向下為負(fù)）AP和BP的光程差將寬度為a的波陣面AB分成許多與縫平行的等寬的條帶，并使相鄰條帶上的對應(yīng)點(diǎn)發(fā)出的光在P點(diǎn)光程差為半個(gè)波長，這樣的條帶稱為半波帶。asinaABP|2C 1、菲涅耳半波帶法二、理論分析二、理論分析2）其他各級(jí)條紋 1、菲涅耳半波帶法2）其他各級(jí)條紋asinaAB考慮邊緣兩條光線（1）若PAB則分為2個(gè)半波帶干涉相消結(jié)論：P點(diǎn)為暗紋|2C|2二、理論分析二、理論分析asinCaA

4、B（2）若P出現(xiàn)明條紋AB則分為3個(gè)半波帶（3）推廣：相消未消 1、菲涅耳半波帶法2）其他各級(jí)條紋二、理論分析二、理論分析asinaAB思考（1）：CC1P明or 暗？相消明條紋且屬于中央明紋區(qū)。思考（2）：P點(diǎn)的位置與亮度？未消 1、菲涅耳半波帶法2）其他各級(jí)明紋二、理論分析二、理論分析相消 如果 角的取值使得a 分成偶數(shù)個(gè)半波帶，則P點(diǎn)為暗紋。暗紋中心明紋(中心) 中央明紋(中心)說明：上述暗紋和中央明紋(中心)位置是準(zhǔn)確的，其余明紋中心的位置較上稍有偏離。結(jié)論 如果角的取值使得a分成奇數(shù)個(gè)半波帶，則P點(diǎn)為明紋。二、理論分析二、理論分析光強(qiáng)分布：二、理論分析二、理論分析 2、振幅矢量法fa

5、/Ndda/NqlP將縫等分成 N個(gè)窄帶相鄰窄帶發(fā)的子波到 P點(diǎn)的光程差為：相位差：各窄帶發(fā)的子波在 P點(diǎn)振幅近似相等，設(shè)為A，則： P點(diǎn)的合光振動(dòng)就是這N個(gè)同方向、同頻率、同振幅、初相依次差恒量 的光振動(dòng)合成。二、理論分析二、理論分析0 2 -2 y y1 = tg y2 = -2.46-1.430+1.43+2.46解得 ：相應(yīng) ：半波帶法：二、理論分析二、理論分析其中光強(qiáng)公式：將代入得I=0.0472I0 ， 0.0165I0， 0.0083I0 sin0.0470.017 1I / I0 0相對光強(qiáng)曲線0.0470.017 I次極大 I主極大二、理論分析二、理論分析1、條紋間距及其影響

6、因素三、討論與說明三、討論與說明中央亮紋半角寬度角寬度線寬度衍射反比定律（1）縫寬對條紋間距的影響三、討論與說明三、討論與說明三、討論與說明三、討論與說明（1）縫寬對條紋間距的影響（2）波長對條紋間距的影響三、討論與說明三、討論與說明（2）波長對條紋間距的影響三、討論與說明三、討論與說明2、斜入射對單縫衍射圖樣的影響（1）光程差光線在法線上方：（2）中央明紋的位置中央明紋：條紋下移；反之上移。三、討論與說明三、討論與說明3、衍射與干涉的聯(lián)系與區(qū)別（1）本質(zhì)相同：均為波的相干疊加；（2）不同：干涉有限多個(gè)分立光束的相干疊加；衍射同一波陣面（連續(xù)的）無限多個(gè)子波源發(fā)出的光波的相干疊加。（3）衍射與干涉一般是同時(shí)存在的。 單縫衍射 雙縫干涉三、討論與說明三、討論與說明課堂小結(jié)課堂小結(jié)1、單縫夫瑯禾費(fèi)衍射的明、暗紋條件近似明紋中心0 中央明紋中心暗紋中心2、幾個(gè)重要結(jié)論(1)，a,條紋寬度越寬。波動(dòng)光學(xué)退化到幾何光學(xué)。觀察屏上不出現(xiàn)暗紋。(2)(3) 例1 若有一單色平行光(600nm)垂直入射到縫寬a=0.6mm的單縫上，縫后有一焦距f=0.4m 透鏡。試求: （1）屏上中央明紋的線寬度； （2）若在屏上P點(diǎn)觀察到一明紋，x=1.4mm。問P點(diǎn)處是第幾級(jí)明紋，對P