《清华大学大学物理光的衍射课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《清华大学大学物理光的衍射课件（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4.1 光的衍射和惠更斯-菲涅耳原理,4.2 单缝的夫琅禾费衍射,4.4 光栅衍射,4.3 光学仪器的分辨本领,4.6 X射线的衍射,第4章 光的衍射,4.5 光栅光谱,一. 光栅（grating）,4.4 光栅衍射,d = a+b 光栅常数,二. 多光束干涉,明纹（主极大）条件：,暗纹条件：,例.N=4 时,暗纹的位置是,例.在 k 级明纹旁边两条暗纹的位置是,相邻主极大间有N1个暗纹和N2个次极大。,三. 光栅衍射,衍射的影响：干涉条纹主极大的位置虽没有变化， 但强度受到衍射的调制而变化；,并且出现了亮纹缺级现象。,缺的干涉亮纹级次为,四. 光栅夫琅禾费衍射的光强公式,其中,五. 斜入射的
2、光栅方程、相控阵雷达,1.光线斜入射时的光栅方程,i 和 的符号规定:,k确定时，调节i，则 相应改变。, 斜入射的光栅方程,斜入射可以获得更高级次的条纹（分辨率高）,改变 ，即可改变 0 级衍射光的方向。,2. 相控阵雷达,（1）扫描方式, 相位控制扫描, 频率控制扫描,（2）回波接收,相邻入射光的相位差：,通过同样的天线阵列接收。,有,例如0级衍射光 (k = 0)，, 无机械惯性，可高速扫描。 一次全程扫描仅需几微秒。 由计算机控制可形成多种波束。 能同时搜索、跟踪多个目标。 不转动、天线孔径可做得很大。 辐射功率强、作用距离远、分辨率高,（3）相控阵雷达的优点,相控阵雷达除军事应用外，
3、还可民用：,如地形测绘、,气象监测、,导航、,测速（反射波的多普勒频移）,阵列宽31m，有1792个辐射单元，覆盖240o视野。,能探测到5500公里范围内的10m2大小的物体。,用于搜索洲际导弹和跟踪人造卫星。,设在美国鳕角（Cape cod）的相控阵雷达照片,4.5 光栅光谱,一.光栅光谱,如果入射光中包含两个十分接近的波长与，由于色散,它们各有一套窄而亮的主极大。,光栅的主极大满足光栅方程,如果是复色光入射，同级的不同颜色的条纹按波长的顺序排列，称为光栅光谱。,光栅的谱线虽很细，但毕竟有一定宽度。 如果 与 十分接近，它们的主极大就 有可能相重叠而难于分辨。,实际上需要把波长相差很小的两
4、条谱线分开,也就是需要分光本领大的光谱仪。,光栅（及棱镜）是大型光谱分析仪的核心元件。,各种原子、分子发光，都有自己特定的光谱。,测定光谱，可以分析原子、分子的内部结构。,答：有。就是瑞利判据。,瑞利判据:一条谱线的中心与另一条谱线 的第一极小重合时,这两条谱线刚刚能分辨。,两条谱线能分辨（或不能分辨） 有没有定量的标准？,按照这瑞利判据，如何衡量一个光栅的 分辨本领的大小？,二 .光栅的（色）分辨本领,定义： 光栅的色分辨本领为, 越小, R 就越大， 说明色分辨本领越大。,光栅色分辨本领的常用计算公式:,设入射波长有两种，为 和 ， 若 的 k 级谱线处 二者的谱线刚刚能分开。,对应 的
5、的暗纹：,推导,应有,按瑞利判据： 和 的第 k 级谱线 刚刚能分辨时， 的第 k 级主极大，应与 的第 k 级主极大的边缘（第一极小）重合。,(N 1),得光栅色分辨本领的常用计算公式,即,即,例如，对波长靠得很近的Na双线：, 1 = = 589 nm ，,都可分辨出Na双线, 2 = + = 589.6nm，,若 k = 2，则 N = 491,若 k =3， 则 N = 327,1895年德国物理学家伦琴发现了高速电子撞,4.6 X 射线的衍射,一. X 射线的产生,击固体可产生一种能使胶片感光、,空气电离、,荧光质发光,的中性射线，,称为 X 射线。,K 阴极，A 阳极,加速阴极发射
6、的热电子,A K间加几万伏高压，,X 射线管的结构如下：,威廉 . 伦琴,1845 1923,由于发现X射线 获1901年（首届） 诺贝尔物理奖,Wilhelm C.Rntgen,德国人,X射线,衍射图样证实了X射线的波动性。,1. 劳厄（Laue）实验（1912）,晶体相当 于三维光栅,X射线 : 10 -2 101nm,（10 -1 10 2 ）,二. X射线的衍射,dsin,1,2,晶面,A,C,B,2. 布拉格公式（1913）,1）衍射中心：,: 掠射角,d ： 晶面间距,2）同一层晶面上点间散射光的干涉：,每个原子都是散射子波的波源。,3）面间散射光的干涉：,NaCl d =0. 2
7、8nm,符合反射定律的散射光加强,（晶格常数）,散射光干涉加强条件：, 布拉格公式,三. 应用, 已知、 可测d, 已知、d可测, X 射线晶体结构分析。, X 射线光谱分析。,共同获得了1915年的诺贝尔物理学奖。,布拉格父子（W.H.Bragg， W.L.Bragg ）,由于利用X射线分析晶体结构的杰出工作，,四. 实际观察X射线衍射的作法,1.劳厄法：,使用 连续的X射线照射晶体，,此法通常用来定晶轴方向。,得到所有晶,面族反射的主极大。,每个主极大对应一个亮斑,这样得到的衍射图叫劳厄 (Laue)相。,2. 粉末法：,用确定 的X射线入射到多晶粉末上。,此法通常用来定晶格常数。,大量无规的晶面取向，,总可使布拉格条件得,到满足。,这样得到的衍射图叫德拜 (Dedye)相。,SiO2 的劳厄相,粉末铝 的德拜相,五. X 射线衍射与普通光栅衍射的区别, X 射线衍射有一系列的布喇格条件。,一维光栅只有一个干涉加强条件：,光栅方程。, 晶体在 都确定时，,的关系。,布喇格公式,一维光栅在 和入射方向角 i 确定后，,衍射角 满足光栅方程。,不一定能满足,总能有,
