光的衍射第一講概述課件

1、波動光學(II)波動光學(II)第五章光單縫夫瑯禾費衍射第一節(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，偏離直線傳播方向，進入障礙物陰影區(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不明顯衍射效應明顯，且呈現(xiàn)個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：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，則衍射效應越明顯；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波面上各點都可視

2、為子波源，波前方空間任一點的振動，是所有子波在該點相干疊加的結果。子波相干疊加SP引言引言 干涉和衍射的區(qū)別 ?(1) 在本質上，兩者沒有區(qū)別。 干涉和衍射都是光的相干疊加的結果。(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)無限遠光源夫瑯禾費衍射(遠場衍射)無限遠相遇*引言引言狹縫點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）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點發(fā)出的光在P點光程差為半個波長，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）其他各級條紋 1、菲涅耳半波帶法2）其他各級條紋asinaAB考慮邊緣兩條光線（1）若PAB則分為2個半波帶干涉相消結論：P點為暗紋|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個半波帶（3）推廣：相消未消 1、菲涅耳半波帶法2）其他各級條紋二、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點的位置與亮度？未消 1、菲涅耳半波帶法2）其他各級明紋二、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)個半波帶，則P點為暗紋。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)位置是準確的，其余明紋中心的位置較上稍有偏離。結論 如果角的取值使得a分成奇數(shù)個半波帶，則P點為明紋。二、理論分析二、理論分析光強分布：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個窄帶相鄰窄帶發(fā)的子波到 P點的光程差為：相位差：各窄帶發(fā)的子波在 P點振幅近似相等，設為A，則： P點的合光振動就是這N個同方向、同頻率、同振幅、初相依次差恒量 的光振動合成。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 ：半波帶法：二、理論分析二、理論分析其中光強公式：將代入得I=0.0472I0 ， 0.0165I0， 0.0083I0 sin0.0470.017 1I / I0 0相對光強曲線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）本質相同：均為波的相干疊加；（2）不同：干涉有限多個分立光束的相干疊加；衍射同一波陣面（連續(xù)的）無限多個子波源發(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課堂小結1、單縫夫瑯禾費衍射的明、暗紋條件近似明紋中心0 中央明紋中心暗紋中心2、幾個重要結論(1)，a,條紋寬度越寬。波動光學退化到幾何光學。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點觀察到一明紋，x=1.4mm。問P點處是第幾級明紋，對P