光柵光譜單縫衍射課件

第4章光的衍射§1光的衍射§2單縫的夫瑯禾費衍射§3光柵衍射§4光學儀器的分辨本領§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)夫朗禾費衍射區(qū)圖示光通過小孔的衍射結論:幾何光學是波動光學的近似5幾何投影區(qū)菲涅耳衍射區(qū)夫朗禾費衍射區(qū)圖示光通過小孔的衍射結論二、惠-菲原理1)波傳到的任意點都是子波的波源2)各子波在空間各點進行相干疊加概括為：

波面上各點均是相干子波源惠－菲原理提供了用干涉解釋衍射的基礎菲涅耳發(fā)展了惠更斯原理從而深入認識了衍射現(xiàn)象6二、惠-菲原理6A.J.菲涅耳A.J.菲涅耳§2單縫的夫瑯禾費衍射一、實驗裝置及花樣二、用旋矢法求解強度分布三、菲涅耳半波帶法8§2單縫的夫瑯禾費衍射8一、實驗裝置及花樣單縫處波面看作無窮多個相干波源P點是(無窮)多光束干涉的結果中央亮紋負一級正一級思考思考：若將縫向上平移如圖衍射花樣怎么分布？9一、實驗裝置及花樣單縫處波面看作無窮多個相干波源P點是(無1010二、用旋矢法求解強度分布中央亮紋主焦點處11二、用旋矢法求解強度分布中央亮紋主焦點處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度：可以用中央亮紋強度來表示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)個半波帶亮紋(次極大)偶數(shù)個半波帶2.暗紋條件相鄰半波帶的相對應點光程差均是

/214三、菲涅耳半波帶法偶數(shù)個半波帶2.暗紋條件相鄰半波帶的相對應§3光柵衍射一、光柵的夫瑯禾費衍射二、光柵衍射強度分布三、主極大的缺級四、其他衍射現(xiàn)象15§3光柵衍射15一、光柵的夫瑯禾費衍射光柵常數(shù)為1.多光束干涉每條縫作為一個集體提供一光線進行多光束干涉光柵方程16一、光柵的夫瑯禾費衍射光柵常數(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度與衍射角無關全與

=0處主極大強度相等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多光束干涉的強度公式2.單縫衍射對光柵多光束干涉結果的修正---零級主極大的振幅(參閱諧振動合成有關內(nèi)容)考慮單縫衍射影響后必須對強度公式中的A(

=0)做出修正18不考慮單縫衍射影響時2.單縫衍射對光柵多光束干涉結果的修正-由于每條單縫的衍射使得參與多光束干涉的光線實際上已進行了一次“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行一次多光束干涉圖示光柵衍射的物理機制20再進行一次多光束干涉圖示光柵衍射的物理機制20考慮了單縫衍射后不同衍射角處的主極大強度不同中央主極大最強該級主極大強度較中央主極大弱21考慮了單縫衍射后不同衍射角處的主極大強度不同中央主極大最強該二、光柵衍射強度分布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)主極大的強度由單縫衍射進行了調(diào)制22二、光柵衍射強度分布2)極小次極大位置滿足的光程2323三、主極大的缺級由于單縫衍射滿足極小所以使得這一級主極大無法出現(xiàn)這一現(xiàn)象叫主極大缺級如果某主極大的位置同時又是單縫衍射極小位置則該衍射角同時滿足兩個光程差公式結果:和24三、主極大的缺級由于單縫衍射滿足極小所以使得這一級主極大無法缺級滿足關系從得和25缺級滿足關系從得和25缺級能看出缺哪些級次嗎?d/a是多少?缺級能看出缺哪些級次嗎?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.圓孔的夫瑯禾費衍射愛里斑一階貝塞爾函數(shù)第一級極小角半徑線半徑應用：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)角半徑應用：星光板針圓孔衍射光強分布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入射光束總光強的84%圓孔衍射0IRRR0.6101.6191.116sinθll2.圓孔的菲涅耳衍射波帶片奇數(shù)個半波帶亮點偶數(shù)個半波帶暗點涂上一層使之有一的相位變化

P點是亮