物理光學(xué)簡(jiǎn)明教程梁銓廷

物理光學(xué)簡(jiǎn)明教程梁銓廷第1頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思路：先求衍射的復(fù)振幅分布。利用夫瑯禾費(fèi)衍射積分公式，結(jié)合單縫的具體情況，作適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。對(duì)于單縫，y=03.4.1單縫衍射光強(qiáng)分布公式C:常數(shù)；

:衍射屏上的復(fù)振幅分布(3.4-1)第2頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月平行光垂直入射，波面與衍射平面平行，波面上的復(fù)振幅為常數(shù)，設(shè)為1單縫衍射屏的振幅透過(guò)率函數(shù)為(3.4-2)(3.4-3)第3頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P點(diǎn)的復(fù)振幅分布為近軸近似下，衍射角與x的關(guān)系則：(3.4-4)(3.4-5)第4頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光強(qiáng)其中(3.4-8)(3.4-7)第5頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1)主極大（中央明紋中心）位置2)極小（暗紋）位置有單縫衍射因子3.4.3單縫衍射公式的討論第6頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月亮斑左右兩側(cè)：相鄰暗點(diǎn)的距離

中央亮斑的半角寬度和半線寬度:暗紋位置(3.4-9)(3.4-11)第7頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光強(qiáng)次極大位置得到第8頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1)中央亮條紋的寬度等于其它亮條紋角寬度的二倍

。

對(duì)于給的波長(zhǎng)，縫越窄，半角寬度和半線寬度越大，衍

射現(xiàn)象越明顯；當(dāng)縫寬很大時(shí)，半角寬度和半線寬

度趨于0，各衍射斑向中央收縮，衍射現(xiàn)象不明顯，波動(dòng)

光學(xué)過(guò)渡到幾何光學(xué)。

2)波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象也越明顯;用白光為光源，中央亮紋是白色的，其他各級(jí)條紋彩色

小結(jié)單縫衍射光強(qiáng)分布特點(diǎn)第9頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3）若單縫偏離光軸，由于入射角不變，所以衍射條紋位置

不變。

第10頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4）若光源偏離光軸，這時(shí)為平行光非垂直入射在縫前造成的最大光程差為，結(jié)果使得衍射條紋偏離光軸。5）用縫光源代替點(diǎn)光源后，衍射條紋為豎條紋。第11頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.狹縫寬度的測(cè)量2.細(xì)絲直徑測(cè)量：?jiǎn)慰p衍射時(shí)在觀察屏上某點(diǎn)P的復(fù)振幅：與單縫互補(bǔ)的單絲在觀察屏上同一點(diǎn)P的復(fù)振幅：?jiǎn)慰p和單絲都不存在時(shí)在觀察屏上同一點(diǎn)P的復(fù)振幅3.4.4單縫衍射的應(yīng)用巴俾涅原理（3.4-12）若用點(diǎn)光源，則除了軸上P0點(diǎn)外，其余各處的復(fù)振幅為零，則

和（3.4-13）（3.4-14）第12頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一個(gè)形狀相等的狹縫和細(xì)絲的衍射圖形是一樣，形狀大小一樣的屏和孔產(chǎn)生的衍射圖樣也是一樣的。第13頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月衍射屏的復(fù)振幅一、裝置3.5夫瑯禾費(fèi)矩孔衍射第14頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、衍射強(qiáng)度分布其中1.振幅分布為觀察屏上P點(diǎn)對(duì)衍射光線在x和y方向所張的角。bax1y1ab（3.4-16）第15頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.衍射強(qiáng)度分布其中1.分別考察x軸和y軸，各軸上的強(qiáng)度分布與單縫情況相仿；

2.軸外（x,y）點(diǎn)的強(qiáng)度則取決于兩個(gè)因子的乘積。如y軸上第16頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6

夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射與成像儀器的分辨本領(lǐng)大多數(shù)光學(xué)儀器中的光瞳都是圓形的，所以研究夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射具有重要的意義。3.6.1夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射

計(jì)算圓孔衍射采用極坐標(biāo)第18頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、光強(qiáng)分布設(shè)圓孔半徑為R衍射屏、觀察屏上的坐標(biāo)如下第19頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月極坐標(biāo)第20頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其中：衍射中心的光強(qiáng)：1.中心處2.暗環(huán)位置：3.次級(jí)極大的位置：由二階貝塞爾函數(shù)的零點(diǎn)決定（3.6-3）第21頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月次極大光強(qiáng)比中央極大小得多相鄰暗環(huán)間隔不等第22頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月愛里(Airy)斑：中央亮斑第一暗環(huán)的角半徑，或愛里斑半徑（3.6-4）第23頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.2光學(xué)成像儀器中的衍射現(xiàn)象透鏡L2對(duì)無(wú)遠(yuǎn)處物點(diǎn)成像物鏡對(duì)近處物點(diǎn)成像光學(xué)成像儀器成像分析成像儀器無(wú)論對(duì)遠(yuǎn)處或近處物點(diǎn)，其像面上所成的像都是夫瑯禾費(fèi)衍射第24頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.儀器的分辨本領(lǐng)：儀器能分辨兩個(gè)靠近的物體或細(xì)節(jié)的能力。2.瑞利判據(jù)：對(duì)于兩個(gè)等光強(qiáng)的非相干的物點(diǎn)，如果一個(gè)象斑的艾里斑中心恰好落在另一象斑的邊緣（第一暗紋處），則此兩物點(diǎn)被認(rèn)為是剛剛可以分辨的。3.6.3成像儀器的分辨本領(lǐng)第25頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、望遠(yuǎn)鏡的最小分辨角望遠(yuǎn)鏡物鏡的圓形通光孔徑的直徑D，它對(duì)遠(yuǎn)處點(diǎn)物所成的像的艾里斑角半徑為根據(jù)瑞利判據(jù)，當(dāng)遠(yuǎn)處兩點(diǎn)物恰為望遠(yuǎn)鏡所分辨時(shí)，兩點(diǎn)物對(duì)望遠(yuǎn)鏡的張角為這就是望遠(yuǎn)鏡的分辨率公式。它表明，D越大，最小分辨角越小，分辨率越高。（3.6-5）第26頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月世界上最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡：D=8m建在夏威夷山頂，1999年建成世界上最大的射電望遠(yuǎn)鏡：D=305m，建在波多黎各島。能探測(cè)射到整個(gè)地球表面僅10-12W的功率，也可探測(cè)引力波。第27頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月正常情況下，人眼瞳孔直徑D=2mm，可把人眼看成凸透鏡，人眼最靈敏的光波長(zhǎng)為550nm,因此，人眼的最小分辨角為充分利用望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)，應(yīng)使望遠(yuǎn)鏡有足夠的放大率，使得望遠(yuǎn)鏡的最小分辨角經(jīng)望遠(yuǎn)鏡放大后等于眼睛的最小分辨角，顯然，望遠(yuǎn)鏡的放大率為：（3.6-6）第28頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、照相物鏡的分辨率照相物鏡一般用于對(duì)較遠(yuǎn)的物體成像，并且所成的像由感光底片記錄，底片的位置與照相物鏡的焦面大致重合。若照相物鏡的孔徑為D，它能分辨的最靠近的兩直線在感光底片上的距離為照相物鏡的分辨率以像面上每毫米能分辨的直線數(shù)N來(lái)表示是物鏡的相對(duì)孔徑，相對(duì)孔徑越大，分辨率越高f:物鏡的焦距（3.6-7）若取則（3.6-8）第29頁(yè)，課件共31頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、顯微鏡的最小分辨率愛里斑的半徑為是像距，D是物鏡直徑若兩個(gè)衍射圖樣的中心之間的距離則按照瑞利判據(jù)，兩衍射圖樣剛好可以分辨，兩點(diǎn)物之間的距離就是物鏡的最小分辨距離。顯微鏡物鏡成像（3.6-9）