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1、复习：复习： 等倾干涉：等倾干涉：irPLn2dn1n1? 等厚干涉等厚干涉 ： 劈尖干涉劈尖干涉牛顿环牛顿环 条纹形状、级数分布、条纹间距R rd)2(sin222 12 2innd2) 12(22kk ndRrd22 ;22 nd等倾干涉等倾干涉劈尖干涉劈尖干涉牛顿环牛顿环 条纹形状条纹形状同心圆环同心圆环平行直条纹平行直条纹同心圆环同心圆环 级数分布级数分布内高外低内高外低随厚度级次增随厚度级次增 加加; ;劈尖处为劈尖处为 零级暗条纹零级暗条纹内低外高内低外高; ; 中央零级中央零级 暗纹暗纹 条纹间距条纹间距内疏外密内疏外密等间距等间距: :内疏外密内疏外密厚度、厚度、 波长波长 的
2、影响的影响 nl2暗纹 标准验规待测透镜暗纹 标准验规 待测透镜【思考】如何区分如下两种情况?1212- -4 4 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪1 1结构结构SLTG11M2MM1dG221212 2原理原理 M1、M2平行平行 等倾条纹等倾条纹M1、M2有小夹角有小夹角 等厚条纹等厚条纹3 3应用应用若若M2平移平移d时时，干涉条纹移动过干涉条纹移动过m条条。由此可测量微小位移及厚度由此可测量微小位移及厚度2md 举例：当把折射率为n=1.40的薄膜放入迈克尔逊干涉仪的一臂时，如果产生了7.0条条纹的移动，求薄膜的厚度。（已知钠光的波长为=589.3nm）若已知薄膜厚度若已知薄膜厚度，由此也
3、可测量折射率由此也可测量折射率。kdn) 1(2) 1(2nkdmm69 10156. 5) 14 . 1 (2103 .5897 d1212- -5 5 光的衍射现象光的衍射现象 惠更斯惠更斯- -菲涅耳原理菲涅耳原理1212- -6 6 单缝衍射单缝衍射1212- -7 7 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器分辨本领（简介）光学仪器分辨本领（简介）1212- -8 8 光栅衍射光栅衍射1212- -9 X9 X射线衍射（自学）射线衍射（自学）第二部分 光的衍射1212- -5 5 光的衍射现象光的衍射现象惠更斯惠更斯- -菲涅耳原理菲涅耳原理1.1.光的衍射现象光的衍射现象光在传播过程中遇到障碍物
4、后会偏离原来的直光在传播过程中遇到障碍物后会偏离原来的直 线传播方向，并在绕过障碍物后空间各点光强会产线传播方向，并在绕过障碍物后空间各点光强会产 生一定规律的分布。生一定规律的分布。衍射的分类衍射的分类菲涅耳衍射：菲涅耳衍射：光源、障碍物与屏间距离均有限光源、障碍物与屏间距离均有限 夫琅禾费衍射：夫琅禾费衍射：光源、障碍物与屏间距离无限远光源、障碍物与屏间距离无限远菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射 菲涅耳衍射夫 琅 禾 费 衍 射光线平行相当于在无限远处相交光线平行相当于在无限远处相交2.2.惠更斯惠更斯- -菲涅耳原理菲涅耳原理波前上各个点波前上各个点（未被阻挡未被阻挡）都
5、可以看成是新的都可以看成是新的 子波波源子波波源，它们所发出的子波在空间相干叠加它们所发出的子波在空间相干叠加，产产 生明生明、暗条纹暗条纹，空间某一点处光振动的振幅取决于空间某一点处光振动的振幅取决于 各子光波在该点处的叠加结果各子光波在该点处的叠加结果。pdE(p)rdSS(波前)设初相为零n K()：K K( ( ) )称称方向因子方向因子 = 0， K=Kmax K( ) 90o，K = 0各子波在空间某点的相干叠加，决定了该点波的强度。各子波在空间某点的相干叠加，决定了该点波的强度。波传到的任何一点都是子波的波源波传到的任何一点都是子波的波源。 SdSrtrKCpE)2cos()()
6、(由由菲涅耳积分计算观察屏上的强度分布通常很菲涅耳积分计算观察屏上的强度分布通常很 复杂复杂。常用常用半波带法半波带法、旋转矢量旋转矢量法法。干涉和衍射的联系与区别 衍射是波面上衍射是波面上无限多无限多个子波的相干叠加个子波的相干叠加干涉和衍射本质都是波的相干叠加干涉和衍射本质都是波的相干叠加 干涉是干涉是有限多有限多个分立的光的相干叠加个分立的光的相干叠加二者常出现在同一现象中。二者常出现在同一现象中。1212- -6 6 单缝衍射单缝衍射夫琅禾费单缝衍射1. 装置和光路装置和光路 中央明纹（中心）中央明纹（中心）Ap 和和 Bp 的光程差为的光程差为b: 缝宽S: 单色点光源: 衍射角PS
7、ff b透镜L 透镜LB缝平面观察屏O AP点的光强决定于由狭缝上各点发出的沿衍射角点的光强决定于由狭缝上各点发出的沿衍射角 方向传播的各平行光经透镜汇聚后在该点的叠加方向传播的各平行光经透镜汇聚后在该点的叠加。以下讨论：以下讨论：明暗分布、光强分布、明暗分布、光强分布、 中央明纹宽度中央明纹宽度对对O点：点：sinb 00，2. 明暗分布半波带法明暗分布半波带法00，1) 当当时，可将缝分为两个“半波带”时，可将缝分为两个“半波带”sinb两个半波带发的光，在两个半波带发的光，在 P 点干涉相消形成暗纹。点干涉相消形成暗纹。2）当）当时，可将缝分成三个半波带，时，可将缝分成三个半波带，23s
8、inb其中两相邻半波带的衍射光相消，其中两相邻半波带的衍射光相消，余下一个半波带的衍射光不被抵消余下一个半波带的衍射光不被抵消 在在 P 点形成明纹（中心）点形成明纹（中心）可将缝分成四个半波带，可将缝分成四个半波带， 两相邻半波带的衍射光相消两相邻半波带的衍射光相消P点形成暗纹。点形成暗纹。3）当）当时，时，2sinb 暗纹暗纹 明纹中心明纹中心 中央明纹中心中央明纹中心半波带法得到的一般结果：半波带法得到的一般结果：式中式中 k 为衍射级数，为衍射级数，一级明纹（暗纹）、一级明纹（暗纹）、二级明纹（暗纹）二级明纹（暗纹）随衍射级数增加，随衍射级数增加， sin均匀增加，均匀增加， 但观察屏
9、上的条但观察屏上的条 纹间距并不相等纹间距并不相等0sinb,.)3 , 2 , 1(,22sinkkkb,.)3 , 2 , 1(,212sinkkb3 3. .光强分布旋转矢量法光强分布旋转矢量法（* * 简介简介）（ N 很大）很大）各窄带发的子波在各窄带发的子波在 P点振幅近似相等点振幅近似相等,设为设为 E0，相邻窄带发的子波到相邻窄带发的子波到 P点的相位差为：点的相位差为：将缝等分成将缝等分成 N 个窄带，每个个窄带，每个 窄带视为点光窄带视为点光 源，其间距为：源，其间距为：透镜fPxxxsin缝平面缝宽bABCO观测屏Nbx sin2xNb sin2P 点振动由点振动由N个简
10、谐振动合成个简谐振动合成:N个简谐振动：同方向个简谐振动：同方向、同频率；同频率；合成的结果仍为简谐振动合成的结果仍为简谐振动。其合振幅其合振幅 Ep 等于各子波旋转矢量和的模。等于各子波旋转矢量和的模。对于中心点：对于中心点：= 0, = 0EpE0Ep= N E0且同振幅且同振幅、初相位依次差恒量初相位依次差恒量0ENb sin2对于其他点对于其他点 P： 当当 N 时时， N 个相接个相接Ep 1(b)=1(c)12.2.光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领D22. 112.1 2.1 瑞利判据瑞利判据一个点光源的衍射图样的中心最亮处恰好与另一个点光源的衍射图样的中心最亮处恰好与另 一点
11、光源的第一个最暗处重合时一点光源的第一个最暗处重合时，则这则这两个点光源两个点光源 刚好能被这个光学仪器分辨刚好能被这个光学仪器分辨。刚能分辨刚能分辨最小分辨角最小分辨角 角分辨率02.2 2.2 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领最小分辨角：最小分辨角：分辨率：分辨率：刚能分辨刚能分辨最小分辨角最小分辨角 角分辨率0D22. 1100/1M解：解： （1）)(1024. 2/22. 14 1110radD， 3 1011046. 4/1M （2）)(1068. 2/22. 17 2220radD， 6 2021073. 3/1M （3）)(1010. 6/22. 19 3330radD，
12、8 3031064. 1/1M 01 MD22. 10例例 比较人眼、天文望远镜、电子显微镜的分辨率：比较人眼、天文望远镜、电子显微镜的分辨率： （1） 人眼的瞳孔直径约为） 人眼的瞳孔直径约为 3mm， 若视觉感受最敏感的波长为， 若视觉感受最敏感的波长为nm550； （2）天文望远镜物镜的孔径为）天文望远镜物镜的孔径为 2.5m，光波长为，光波长为nm550； （3）电子显微镜的物镜的孔径为）电子显微镜的物镜的孔径为 20mm，电子束波长为，电子束波长为nm1 . 0 “哈勃”号太空望远镜是目 前被送入轨道的口径最大的 望远镜。它全长12.8米，镜 筒直径4.27米，重11吨， 由三大部分
13、组成，第一部分 是光学部分，第二部分是科 学仪器，第三部分是辅助系 统，包括两个长11.8米，宽 2.3米，能提供2.4千瓦功率 的太阳电池帆板，两个与地 面通讯用的抛物面天线。“哈勃”号太空望远镜哈勃”号太空望远镜: 不可选择，望远镜： 世界上最大的光学望远镜：建在了夏威夷山顶。 世界上最大的射电望远镜：D = 305 mD = 8 m22. 1DM 建在了波多黎各 岛的Arecibo， 能探测射到整个 地球表面仅 10 12W的功率， 也可探测引力波。贵州省平塘县克度镇大窝凼洼地正在建设的500米口径球 面射电望远镜(简称FAST)电子显微镜电子显微镜:22. 1DM 乙肝病毒人类X染色体和Y染色体花粉灯泡钨丝电子显微镜下的影像TEM (透射电子显微镜) “生命之心” http:/nano.eng.tnu.edu.tw/2009nanoimage/TEM.htm作业：作业：习题习题12-10： 如果让你设计一架太空望远镜对木星进行观察如果让你设计一架太空望远镜对木星进行观察。 已知木星离地球的最近距离是已知木星离地球的最近距离是5.93108km，要分辨要分辨 木星上相距为木星上相距为250 km的两物体的两物体，望远镜的直径至少望远镜的直径至少 为多大为多大?（设波长为设波长为500 nm）
