大學物理教學課件：19、光柵衍射

1、1,同學們好,2,3,菲涅耳波帶法（半定量方法,對應的單縫a被分為 n個半波帶,4,對應中央明紋中心,對應非明、暗紋中心的其余位置,5,6,7,計算衍射條紋線寬度,8,11-0 教學基本要求,11-1 光的相干性 光程,11-2 分波面干涉,11-3 分振幅干涉,4-0 第四章教學基本要求,11-4 光的衍射,第十一章 波動光學,4-0 第四章教學基本要求,11-5 衍射光柵,4-0 第四章教學基本要求,11-6 光的偏振,9,教學基本要求,一 了解獲得相干光的方法，理解光程的概念以及光程差與相位差的關(guān)系，掌握光的干涉加強和減弱的條件,二 掌握楊氏雙縫干涉和薄膜等厚干涉條紋的分布規(guī)律，了解半波

2、損失發(fā)生的條件，了解劈尖干涉的應用,三 了解邁克爾遜干涉儀的工作原理和邁克爾遜莫雷實驗,四 了解惠更斯-菲涅爾原理，能用菲涅爾半波帶法分析單縫夫瑯禾費衍射條紋的分布規(guī)律，理解縫寬及波長對衍射條紋分布的影響,五 了解光柵衍射條紋的形成及特點，理解并會應用光柵極大方程，會分析光柵常數(shù)及波長對光柵衍射譜線分布的影響，了解光柵衍射的應用,六 了解光柵方程的缺級現(xiàn)象，了解X射線的衍射及應用,七 理解自然光、線偏振光和部分偏振光的特征及檢驗方法，理解馬呂斯定律，理解布儒斯特定律，了解發(fā)射和折射時光的偏振的應用,10,11-5 衍射光柵,預習要點 光柵衍射條紋有哪些特點? 注意關(guān)于光柵衍射條紋形成的分析.

3、推導光柵方程. 什么是衍射光譜? 光柵有哪些主要應用,11,大量等寬等間距的平行狹縫(或反射面)構(gòu)成的光學元件,衍射光柵 (透射光柵,反射光柵(閃耀光柵,從工作原理分,11-5 光柵衍射,0. 光柵與光柵常數(shù),12,1. 光柵衍射條紋分布及特征,L1,E,A：光柵,E：屏幕,A,L2,13,1) 條紋特征,1) 明條紋細而亮，有較寬的暗區(qū)，N越大明紋越細。 2) 各級明紋亮度不同，有缺級現(xiàn)象,單縫衍射條紋,光柵衍射譜線,14,各單縫分別同時產(chǎn)生單縫衍射 注意：每一個單縫衍射的圖樣和位置都是一樣的,顯然干涉條紋要受到衍射光的影響,I,2) 衍射條紋的形成 光柵方程,各單縫衍射的平行光產(chǎn)生什么樣的

4、多光干涉,15,I,光柵衍射是N個（光柵總縫數(shù)）光程差依次相差=BC的光振動的疊加,16,用平行光垂直照射在光柵上，相鄰兩條縫同一衍射角的衍射光的光程差都相同。如果在某個方向上，相鄰兩光線光程差為k，則所有光線在該方向上都滿足加強條件,加強,光柵方程,K=1,2,3.對應各級明紋主極大,17,對N 縫干涉兩主極大間有N - 1個極小， N - 2 個次極大,隨著N 的增大，主極大變得更為尖銳，且主極大間為暗背景,3)光柵縫數(shù)對衍射條紋的影響,縫干涉強度分布,縫干涉強度分布,縫干涉強度分布,18,幾種縫的光柵衍射,19,例：分光計作光柵實驗，用波長 = 632.8 nm的激光照射光柵常數(shù) d =

5、 1/300 mm的光柵上，問最多能看到幾條譜線,解：在分光計上觀察譜線，最大衍射角為 90,取,能觀察到的譜線為11條,20,1)光柵衍射是單縫衍射與多光束干涉合成的結(jié)果，光柵中各主極大受到單縫衍射光強的調(diào)制,2)當光柵明紋處恰滿足單縫衍射暗紋條件，該處光強為 0 ，出現(xiàn)缺級,4) 缺級現(xiàn)象,單縫衍射減弱條件,光柵衍射加強條件,3)缺級條件,兩式相比,21,m為整數(shù)時，光柵譜線中m、2m、3m等處缺級,當 m=4 時,譜線中的第 8、 4、4、8級條紋缺級,22,綜合,如果只有衍射,如果只有干涉,干涉、衍射均有之,23,例：一光柵，b=2a，則缺級的明紋,故,24,1）光柵衍射條紋具有亮、細

6、、疏的特點,亮-每一單縫出射的光強雖小，但N條單縫 的光強疊加起來，光能卻大,細-光柵的單縫數(shù)量很大，在兩級明紋之間 在N-1個暗紋，占著很大的角寬度,綜述,2）主要公式,25,當 = -90o 時,當 = 90o 時,一束波長為 480 nm 的單色平行光，照射在每毫米內(nèi)有600條刻痕的平面透射光柵上,求,1) 光線垂直入射時，最多能看到第幾級光譜,2) 光線以 30o入射角入射時，最多能看到第幾級光譜,例,解,1,2,26,2) 斜入射時，可得到更高級次的光譜，提高分辨率,1) 斜入射級次分布不對稱,3) 垂直入射和斜入射相比，完整級次數(shù)不變,4) 垂直入射和斜入射相比，缺級級次相同,上題中垂直入射級數(shù),斜入射級數(shù),說明,27,A）d=a+b一定時，波長越大，衍射角越大,B）當白色光入射光柵時，將產(chǎn)生彩色的衍射光譜。從中央到兩則將出現(xiàn)由紫到紅的光譜,由光柵方程,由于光柵的分光作用，同級的不同顏色的明條紋將按