光学（衍射）大学物理基础课件

光学（衍射）大学物理基础课件内容摘要：

光学（衍射）大学物理基础课件 主要内容 :惠更斯 菲涅耳原理单缝衍射衍射光栅光学仪器的分辩本领X 射线衍射第二部分 光的衍射10 光的衍射现象惠更斯 菲涅耳原理光的衍射现象 光能绕过障碍物的边缘传播圆孔衍射惠更斯 菲涅耳原理惠更斯菲涅耳波阵面上各点都看成是子波波源能定性解释光的传播方向问题波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定能定量解释衍射图样中的强度分布§ 10夫琅禾费单缝衍射(a 缝夫琅和费衍射 点振动的合成，引入“半波带 (的概念 /2a 对应衍射角 将波振面 成若干个等宽长条带分割原则是 相邻条带的相应点发出的光到达 P 点的光程差为半波长半波带的个数 与衍射角有关，取决于单缝两边缘处衍射光线的光程差2)12(s s 3）2（ 5）奇数个半波带偶数个半波带1（ 2）2（ 4） s s 当衍射角很小时，明条纹宽度正比于波长，反比于缝宽 长 546 平行光垂直照射在缝宽 后 凸透镜的 焦距为 40 求透镜焦平面上衍射中央明纹的宽度。 解 s s 2 ta 62 镜等限制光波传播的光学元件时，呈现衍射图样。 刚能分辨瑞利判据最小分辨角角分辨率最小分辨角等于圆孔夫琅和费衍射的中央衍射斑的半角宽 分辨率1990 年发射的哈勃太空望远镜，其凹面镜的直径为 2.4 m ，角分辨率约为 ，在大气层外615 绕地球运行，可观察 130 亿光年远的宇宙深处，发现了 500 亿个星系。 1 . 2 2d § 10衍射光栅(a+b 光栅常量 s 先考虑 多光束干涉光栅衍射的 主极大 方向由此方程决定 在几乎黑暗的背景上形成一系列又细又亮的明条纹 . 6 654321012345各主极大要受 单缝衍射的调制 . s in s 对应某些 值按多光束干涉应出现某些级的主极大，由于单缝衍射的调制而造成这些主极大缺失 缺级现象. ,3 ,2 ,1 a+b = 3a ，则 k = ± 3， ± 6， ± 9， 对应的主极大缺级 辨本领 是指光栅的 色分辨本领 ：能分辨波长为 和 的两条谱线的本领。 R同样，根据瑞利准则，可以得到：R k N分辩本领 R 决定于光栅的缝数 N 和光谱的级次 k。 例题 利用每厘米刻有 4000条缝的光栅，在白光的垂直照射下，可以产生多少级 完整的光谱。 解 完整的光谱：不完整的光谱：第 k+1级重叠。 完整的光谱要求 第 衍射角要 小于 第 k+1级的紫光 的衍射角：R k V k s i n s i nR k V k( 1 )b a bk=1, 即只有第一级不重叠，并且与光栅常数无关。 例题 波长为 500 520 两种单色光同时垂直入射在光栅常数为 光栅上，紧靠光栅后用焦距为 2 m 的透镜把光线聚焦在屏幕上。 求这两束光的第 3 级谱线之间的距离。 解 s 11( ) s i n 322( ) s i n 311t a 22t a ta n s 12133( ta n ta n ) ( )x f fa b a b 006.0钠黄光（ = 590 垂直入射在 每毫米 刻有 500 条栅纹的光栅上 ，最多能看到几级条纹。 解 s 010296m a x 级（ 7 条）衍射条纹 波长 = 600 单色光垂直照射光栅，观察到第 2 级和第 3 级明条纹分别出现在 = = ，而第 4 级缺级。 试求（ 1）光栅常数；（ 2）狭缝宽度；（ 3）全部条纹的级数。 解 s 10m a x 106 a 0， ± 1， ± 2， ± 9k = 10 对应 = 1故舍去§ 10 伦琴射线衍射 布拉格公式( 射线是 伦琴 ( 1895 年发现的，它是在真空管中高速电子撞击金属靶时产生的一种射线，人眼看不见，具有很强的穿透能力。 劳厄斑线是一种波长很短的电磁波， 10 1912 年 劳厄 (晶体中的晶格点阵作为光栅（三维空间光栅），获的了X 射线的衍射图样 . d s 射定律给出强度最大的方向一组晶面 多光束相干叠加加强条件 满足 布拉格公式. ,3 ,2 ,1 d ，分析晶体结构。 子的双螺旋结构 D 选择题1、 光波的衍射现象没有声波显著，这是由于（ A）光是电磁波；（ B）光速比声速大；（ C）光有颜色；（ D）光的波长比声波短得多。 B 2、 波长为 的单色光垂直入射在缝宽 a = 4的单缝上，对应于衍射角 = 30° ，单缝处的波阵面可划分的半波带的数目为（ A） 2个； （ B） 4个；（ C） 6个； （ D） 8个。 A 3、 用 = 500 单色光垂直射在 2500 条 /痕的平面衍射光栅上，则第四级谱线的衍射角应为（ A） 30° （ B） 60°（ C） 45° （ D） 90° A 4、 波长为 的单色光在折射率为 n 的介质中从 a 点传到 b 点，相位改变了 ，则光从 a 点到 b 点的几何路程为（ A） （ B）（ C） （ D）n2 n A 5、 在杨氏双缝实验中，若用白光作光源，干涉条纹的情况为（ A） 中央明纹是白色的；（ B） 红光条纹较密；（ C） 紫光条纹间距较大；（ D） 干涉条纹为白色。 C 6、 在牛顿环装置中，若对平凸透镜的平面垂直向下施加压力 （ 平凸透镜的平面始终保持与玻璃片平行 ），则牛顿环（ A） 向外扩张，中心明暗交替变化；（ B） 向中心收缩，中心处始终为暗斑；（ C） 向外扩张，中心处始终为暗斑；（ D） 向中心收缩，中心明暗交替变化。