圓孔衍射衍射光柵課件

1點(diǎn)光源經(jīng)過(guò)光學(xué)儀器的小圓孔后，由于衍射的影響，所成的象不是一個(gè)點(diǎn)而是一個(gè)明暗相間的圓形光斑。S1S2D**愛(ài)里斑二、光學(xué)儀器的分辨率若兩物點(diǎn)距離很近，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)愛(ài)里斑可能部分重疊而不易分辨1點(diǎn)光源經(jīng)過(guò)光學(xué)儀器的小圓孔后，由于衍射的影響，所成的象不是2三瑞利判據(jù)能分辨恰能分辨不能分辨中央最亮與第一最暗重合2三瑞利判據(jù)能分辨恰能分辨不能分辨中央最亮與第一最暗重合3s1s200D**

在恰能分辨時(shí)，兩個(gè)點(diǎn)光源在透鏡前所張的角度，稱(chēng)為最小分辨角0，等于愛(ài)里斑的半角寬度。D為光學(xué)儀器的透光孔徑最小分辨角的倒數(shù)

稱(chēng)為光學(xué)儀器的分辨率3s1s200D**在恰能分辨時(shí)，兩個(gè)點(diǎn)光源在透4

例1

設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為3mm，而在可見(jiàn)光中，人眼最敏感的波長(zhǎng)為550nm，問(wèn)

(1)人眼的最小分辨角有多大？

(2)若物體放在距人眼25cm（明視距離）處，則兩物點(diǎn)間距為多大時(shí)才能被分辨？4例1設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為35解(1)(2)5解(1)(2)6一光柵透射光柵用于透射光衍射的光柵由大量等間距、等寬度的平行狹縫所組成的光學(xué)元件。6一光柵透射光柵用于透射光衍射的光柵由大量等間距、等7反射光柵

用于反射光衍射的光柵7反射光柵用于反射光衍射的光柵8abxf0屏

ab+

衍射角(a+b)sin——相鄰兩縫光線的光程差光柵常數(shù)：a+b數(shù)量級(jí)為10-5~10-6m8abxf0屏ab+衍射角(a+b)sin—9二、光柵的衍射規(guī)律光柵每個(gè)縫形成各自的單縫衍射圖樣。光柵衍射條紋是單縫衍射與多縫干涉的總效果。光柵縫與縫之間形成的多縫干涉圖樣。1、光柵公式任意相鄰兩縫對(duì)應(yīng)點(diǎn)在衍射角為

方向的兩衍射光到達(dá)P點(diǎn)的光程差為(a+b)sin光柵公式光柵衍射明條紋位置滿(mǎn)足（主明紋）

(a+b)sin=k

k=0,±1,±2,±3···

9二、光柵的衍射規(guī)律光柵每個(gè)縫形成各自的單縫衍射圖樣。光柵衍(a+b)sin=kk=0,±1,±2,±3···單色平行光傾斜地射到光柵上相鄰兩縫的入射光在入射到光柵前已有光程差(a+b)sin0(a+b)(sinsin0)=kk=0,±1,±2,±3···(a+b)sin=kk=0,±1,±2*2、暗紋條件暗條紋是由各縫射出的衍射光因干涉相消形成的。在兩個(gè)相鄰主極大之間，分布著N-1條暗條紋和N-2條次級(jí)明條紋。N很大時(shí),相鄰亮紋間是一片寬廣的暗區(qū),暗區(qū)中存在一些微弱的次明紋*2、暗紋條件暗條紋是由各縫射出的衍射光因干涉相消形成的。在12

光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越細(xì)越亮.(a)1條縫(f)20條縫(e)6條縫(c)3條縫(b)2條縫(d)5條縫12光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越細(xì)越亮.(a)1條縫(f)2

光柵衍射是單縫衍射和縫間光線干涉兩種效應(yīng)的疊加，亮紋的位置決定于縫間光線干涉的結(jié)果。

縫數(shù)

N

=4

時(shí)光柵衍射的光強(qiáng)分布圖k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=6k=-63、單縫對(duì)光強(qiáng)分布的影響光柵衍射是單縫衍射和縫間光線干涉兩種效應(yīng)縫數(shù)N4、缺級(jí)現(xiàn)象asin

=k'

缺極時(shí)衍射角同時(shí)滿(mǎn)足：(a+b)sin

=k

即k

就是所缺的級(jí)次缺級(jí)由于單縫衍射的影響，在應(yīng)該出現(xiàn)亮紋的地方，不再出現(xiàn)亮紋縫間光束干涉極大條件單縫衍射極小條件4、缺級(jí)現(xiàn)象asin=k'缺極時(shí)衍射角同時(shí)滿(mǎn)足：15

當(dāng)a與b成整數(shù)比時(shí),例如則有,顯然,k’取5,10,15,??????時(shí),k為整數(shù),即k=8,16,24,??????級(jí)缺級(jí)即本應(yīng)出現(xiàn)主極大的地方,實(shí)際上看不到.15當(dāng)a與b成整數(shù)比時(shí),例如則有,顯然,k’取5,10,116入射光為白光時(shí)，形成彩色光譜.三衍射光譜一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜16入射光為白光時(shí)，形成彩色光譜.三衍射光譜一級(jí)光譜二17連續(xù)光譜：熾熱物體光譜線狀光譜：放電管中氣體放電帶狀光譜：分子光譜衍射光譜分類(lèi)17連續(xù)光譜：熾熱物體光譜衍射光譜分類(lèi)18光譜分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光譜，所以由譜線的成分，可分析出發(fā)光物質(zhì)所含的元素或化合物；還可從譜線的強(qiáng)度定量分析出元素的含量.18光譜分析由于不同元素（或化合物）各有自己特19

例1

波長(zhǎng)為=590nm

的平行光正入射到每毫米500條刻痕的光柵上時(shí)，屏幕上最多可以看到多少條明紋？解：光柵常數(shù)可以看到2×3+1=7條明紋19例1波長(zhǎng)為=590nm的平行光正入20

例2

在上題條件下，平行光斜入射i=300

時(shí)，屏幕上最多可以看到哪些條明紋？解：光柵方程為max1,0

sinsinL=l±=+qkkidd總共見(jiàn)到7條，上方5條，下方1條20例2在上題條件下，平行光斜入射i21注意：

平行光斜入射時(shí)，總共見(jiàn)到7條，上方1條，下方5條光柵方程為式中入射角i為負(fù)值21注意：總共見(jiàn)到7條，上方1條，下方5條221895年倫琴發(fā)現(xiàn)，受高速電子撞擊的金屬會(huì)發(fā)射一種穿透性很強(qiáng)的射線稱(chēng)Ｘ射線.X射線冷卻水<*三X

射線的衍射221895年倫琴發(fā)現(xiàn)，受高速電子撞擊的金屬會(huì)發(fā)射一23勞厄斑點(diǎn)鉛板單晶片

照像底片

單晶片的衍射1912年勞厄?qū)嶒?yàn)23勞厄斑點(diǎn)鉛板單晶片照像底片單晶片的衍射24

1913年英國(guó)布拉格父子提出了一種解釋?zhuān)厣渚€衍射的方法，給出了定量結(jié)果，并于1915年榮獲物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng).布拉格反射入射波散射波241913年英國(guó)布拉格父子提出了一種解釋?zhuān)?5掠射角晶格常數(shù)

相鄰兩個(gè)晶面反射的兩X射線干涉加強(qiáng)的條件

布拉格公式布拉格反射入射波散射波25掠射角晶格常數(shù)相鄰兩個(gè)晶面反射的兩X射線26

用途測(cè)量射線的波長(zhǎng)研究X射線譜，進(jìn)而研究原子結(jié)構(gòu)；研究晶體的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步研究材料性能.例如對(duì)大分子DNA

晶體的成千張的X射線衍射照片的分析，顯示出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu).

布拉格公式26用途測(cè)量射線的波長(zhǎng)研究X射線譜，進(jìn)而研究原子27DNA

晶體的X衍射照片DNA

分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)27DNA晶體的DNA分子的28點(diǎn)光源經(jīng)過(guò)光學(xué)儀器的小圓孔后，由于衍射的影響，所成的象不是一個(gè)點(diǎn)而是一個(gè)明暗相間的圓形光斑。S1S2D**愛(ài)里斑二、光學(xué)儀器的分辨率若兩物點(diǎn)距離很近，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)愛(ài)里斑可能部分重疊而不易分辨1點(diǎn)光源經(jīng)過(guò)光學(xué)儀器的小圓孔后，由于衍射的影響，所成的象不是29三瑞利判據(jù)能分辨恰能分辨不能分辨中央最亮與第一最暗重合2三瑞利判據(jù)能分辨恰能分辨不能分辨中央最亮與第一最暗重合30s1s200D**

在恰能分辨時(shí)，兩個(gè)點(diǎn)光源在透鏡前所張的角度，稱(chēng)為最小分辨角0，等于愛(ài)里斑的半角寬度。D為光學(xué)儀器的透光孔徑最小分辨角的倒數(shù)

稱(chēng)為光學(xué)儀器的分辨率3s1s200D**在恰能分辨時(shí)，兩個(gè)點(diǎn)光源在透31

例1

設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為3mm，而在可見(jiàn)光中，人眼最敏感的波長(zhǎng)為550nm，問(wèn)

(1)人眼的最小分辨角有多大？

(2)若物體放在距人眼25cm（明視距離）處，則兩物點(diǎn)間距為多大時(shí)才能被分辨？4例1設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為332解(1)(2)5解(1)(2)33一光柵透射光柵用于透射光衍射的光柵由大量等間距、等寬度的平行狹縫所組成的光學(xué)元件。6一光柵透射光柵用于透射光衍射的光柵由大量等間距、等34反射光柵

用于反射光衍射的光柵7反射光柵用于反射光衍射的光柵35abxf0屏

ab+

衍射角(a+b)sin——相鄰兩縫光線的光程差光柵常數(shù)：a+b數(shù)量級(jí)為10-5~10-6m8abxf0屏ab+衍射角(a+b)sin—36二、光柵的衍射規(guī)律光柵每個(gè)縫形成各自的單縫衍射圖樣。光柵衍射條紋是單縫衍射與多縫干涉的總效果。光柵縫與縫之間形成的多縫干涉圖樣。1、光柵公式任意相鄰兩縫對(duì)應(yīng)點(diǎn)在衍射角為

方向的兩衍射光到達(dá)P點(diǎn)的光程差為(a+b)sin光柵公式光柵衍射明條紋位置滿(mǎn)足（主明紋）

(a+b)sin=k

k=0,±1,±2,±3···

9二、光柵的衍射規(guī)律光柵每個(gè)縫形成各自的單縫衍射圖樣。光柵衍(a+b)sin=kk=0,±1,±2,±3···單色平行光傾斜地射到光柵上相鄰兩縫的入射光在入射到光柵前已有光程差(a+b)sin0(a+b)(sinsin0)=kk=0,±1,±2,±3···(a+b)sin=kk=0,±1,±2*2、暗紋條件暗條紋是由各縫射出的衍射光因干涉相消形成的。在兩個(gè)相鄰主極大之間，分布著N-1條暗條紋和N-2條次級(jí)明條紋。N很大時(shí),相鄰亮紋間是一片寬廣的暗區(qū),暗區(qū)中存在一些微弱的次明紋*2、暗紋條件暗條紋是由各縫射出的衍射光因干涉相消形成的。在39

光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越細(xì)越亮.(a)1條縫(f)20條縫(e)6條縫(c)3條縫(b)2條縫(d)5條縫12光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越細(xì)越亮.(a)1條縫(f)2

光柵衍射是單縫衍射和縫間光線干涉兩種效應(yīng)的疊加，亮紋的位置決定于縫間光線干涉的結(jié)果。

縫數(shù)

N

=4

時(shí)光柵衍射的光強(qiáng)分布圖k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=6k=-63、單縫對(duì)光強(qiáng)分布的影響光柵衍射是單縫衍射和縫間光線干涉兩種效應(yīng)縫數(shù)N4、缺級(jí)現(xiàn)象asin

=k'

缺極時(shí)衍射角同時(shí)滿(mǎn)足：(a+b)sin

=k

即k

就是所缺的級(jí)次缺級(jí)由于單縫衍射的影響，在應(yīng)該出現(xiàn)亮紋的地方，不再出現(xiàn)亮紋縫間光束干涉極大條件單縫衍射極小條件4、缺級(jí)現(xiàn)象asin=k'缺極時(shí)衍射角同時(shí)滿(mǎn)足：42

當(dāng)a與b成整數(shù)比時(shí),例如則有,顯然,k’取5,10,15,??????時(shí),k為整數(shù),即k=8,16,24,??????級(jí)缺級(jí)即本應(yīng)出現(xiàn)主極大的地方,實(shí)際上看不到.15當(dāng)a與b成整數(shù)比時(shí),例如則有,顯然,k’取5,10,143入射光為白光時(shí)，形成彩色光譜.三衍射光譜一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜16入射光為白光時(shí)，形成彩色光譜.三衍射光譜一級(jí)光譜二44連續(xù)光譜：熾熱物體光譜線狀光譜：放電管中氣體放電帶狀光譜：分子光譜衍射光譜分類(lèi)17連續(xù)光譜：熾熱物體光譜衍射光譜分類(lèi)45光譜分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光譜，所以由譜線的成分，可分析出發(fā)光物質(zhì)所含的元素或化合物；還可從譜線的強(qiáng)度定量分析出元素的含量.18光譜分析由于不同元素（或化合物）各有自己特46

例1

波長(zhǎng)為=590nm

的平行光正入射到每毫米500條刻痕的光柵上時(shí)，屏幕上最多可以看到多少條明紋？解：光柵常數(shù)可以看到2×3+1=7條明紋19例1波長(zhǎng)為=590nm的平行光正入47

例2

在上題條件下，平行光斜入射i=300

時(shí)，屏幕上最多可以看到哪些條明紋？解：光柵方程為max1,0

sinsinL=l±=+qkkidd總共見(jiàn)到7條，上方5條，下方1條20例2在上題條件下，平行光斜入射i48注意：

平行光斜入射時(shí)，總共見(jiàn)到7條，上方1條，下方5條光柵方程為