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惠更斯—菲涅耳原理單縫衍射衍射光柵光學(xué)儀器的分辯本領(lǐng)X射線衍射光的衍射Diffraction§10-6光的衍射現(xiàn)象惠更斯—菲涅耳原理光的衍射現(xiàn)象光能繞過障礙物的邊緣傳播圓孔衍射惠更斯—菲涅耳原理惠更斯菲涅耳波陣面上各點(diǎn)都看成是子波波源能定性解釋光的傳播方向問題波場中各點(diǎn)的強(qiáng)度由各子波在該點(diǎn)的相干疊加決定能定量解釋衍射圖樣中的強(qiáng)度分布§10-7夫瑯禾費(fèi)單縫衍射(Diffractionfromasingleslit:FraunhoferDiffraction)單縫夫瑯和費(fèi)衍射P光源和觀察屏都在距離衍射單縫無限遠(yuǎn)處為了討論在P點(diǎn)振動的合成,引入“半波帶(halfwavezone)”的概念.BA/2a對應(yīng)衍射角
將波振面AB
分成若干個等寬長條帶分割原則是——相鄰條帶的相應(yīng)點(diǎn)發(fā)出的光到達(dá)P
點(diǎn)的光程差為半波長半波帶的個數(shù)與衍射角有關(guān),取決于單縫兩邊緣處衍射光線的光程差明紋暗紋01(3)2(5)奇數(shù)個半波帶偶數(shù)個半波帶1(2)2(4)中央明紋的寬度約為其他明紋的兩倍當(dāng)衍射角很小時,中央明紋的半角寬0.16mm0.08mm0.04mm0.02mm透鏡焦平面上中央明紋的線寬度明條紋寬度正比于波長,反比于縫寬.例題
波長546nm的平行光垂直照射在縫寬0.437mm的單縫上,縫后凸透鏡的焦距為40cm,求透鏡焦平面上衍射中央明紋的寬度。解m圓孔的夫瑯禾費(fèi)衍射愛里斑
光通過光學(xué)系統(tǒng)中的光闌、透鏡等限制光波傳播的光學(xué)元件時,呈現(xiàn)衍射圖樣。剛能分辨瑞利判據(jù)最小分辨角角分辨率最小分辨角等于圓孔夫瑯和費(fèi)衍射的中央衍射斑的半角寬分辨率1990年發(fā)射的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡,其凹面鏡的直徑為2.4m,角分辨率約為0.1〞,在大氣層外615km處繞地球運(yùn)行,可觀察130億光年遠(yuǎn)的宇宙深處,發(fā)現(xiàn)了500億個星系。
§10-8衍射光柵(DiffractionGrating)a+b光柵常量先考慮多光束干涉光柵衍射的主極大方向由此方程決定.光柵方程
光柵衍射圖樣——在幾乎黑暗的背景上形成一系列又細(xì)又亮的明條紋.6654321012345各主極大要受單縫衍射的調(diào)制.
對應(yīng)某些θ值按多光束干涉應(yīng)出現(xiàn)某些級的主極大,由于單縫衍射的調(diào)制而造成這些主極大缺失——缺級現(xiàn)象例如,a+b=3a
,則k=±3,±6,±9,……對應(yīng)的主極大缺級.光柵的分辨本領(lǐng)是指光柵的色分辨本領(lǐng):能分辨波長為λ和λ+Δλ
的兩條譜線的本領(lǐng)。同樣,根據(jù)瑞利準(zhǔn)則,可以得到:分辯本領(lǐng)R決定于光柵的縫數(shù)N和光譜的級次k。例題利用每厘米刻有4000條縫的光柵,在白光的垂直照射下,可以產(chǎn)生多少級完整的光譜?解完整的光譜:不完整的光譜:第k級第k級第k+1級重疊!完整的光譜要求第k級的紅光的衍射角要小于第k+1級的紫光的衍射角:k=1,即只有第一級不重疊,并且與光柵常數(shù)無關(guān)。例題波長為500nm和520nm的兩種單色光同時垂直入射在光柵常數(shù)為0.002cm的光柵上,緊靠光柵后用焦距為2m的透鏡把光線聚焦在屏幕上。求這兩束光的第3級譜線之間的距離。解fx2x1m例題用鈉黃光(
=590nm)垂直入射在每毫米刻有500條柵紋的光柵上,最多能看到幾級條紋?解m最多能看到3級(7條)衍射條紋.例題用波長
=600nm的單色光垂直照射光柵,觀察到第2級和第3級明條紋分別出現(xiàn)在sin
=0.20和sin
=0.30處,而第4級缺級。試求(1)光柵常數(shù);(2)狹縫寬度;(3)全部條紋的級數(shù)。解mmk=0,±1,±2,……±9k=10對應(yīng)sin
=1
故舍去§10-9倫琴射線衍射布拉格公式(X-raydiffraction)X射線是倫琴(Roentgen)于1895年發(fā)現(xiàn)的,它是在真空管中高速電子撞擊金屬靶時產(chǎn)生的一種射線,人眼看不見,具有很強(qiáng)的穿透能力。勞厄斑X射線管X射線是一種波長很短的電磁波,波長在0.01—10nm.1912年勞厄(Laue)以晶體中的晶格點(diǎn)陣作為光柵(三維空間光柵),獲的了X射線的衍射圖樣.CABd一個晶面反射定律給出強(qiáng)度最大的方向一組晶面多光束相干疊加加強(qiáng)條件滿足布拉格公式
可應(yīng)用于測晶面間距d
,分析晶體結(jié)構(gòu)。DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)[D]選擇題1、光波的衍射現(xiàn)象沒有聲波顯著,這是由于(A)光是電磁波;(B)光速比聲速大;(C)光有顏色;(D)光的波長比聲波短得多。[B]2、波長為λ
的單色光垂直入射在縫寬a=4λ
的單縫上,對應(yīng)于衍射角
=30°,單縫處的波陣面可劃分的半波帶的數(shù)目為(A)2個;(B)4個;(C)6個; (D)8個。[A]3、用λ=500nm的單色光垂直射在2500條/cm刻痕的平面衍射光柵上,則第四級譜線的衍射角應(yīng)為(A)30°(B)60°(C)45°(D)90°[A]4、波長為λ的單色光在折射率為n
的介質(zhì)中從a點(diǎn)傳到b
點(diǎn),相位改變了π,則光從a
點(diǎn)到b
點(diǎn)的幾何路程為(A)(B)
(C)(D)[A]5、在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中,若用白光作光源,干涉條紋的情況為(A)中央明紋是白色的;(B)紅光條紋較密;(C)紫光條紋間距較大;(D)干涉條紋為白色。[
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