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1、哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学 第4章 光的衍射 第1节 光的衍射现象圆孔衍射单缝衍射*哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学三角孔衍射方孔衍射单缝衍射三角孔衍射哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学正六边形孔正八边形孔哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学夫 琅 禾 费 衍 射光源、屏与缝相距无限远缝在实验中实现夫琅禾费衍射菲 涅 耳 衍
2、射缝光源、屏与缝相距有限远一 衍射的分类第2节 衍射的基本理论哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学二 惠更斯-菲涅耳原理：波阵面上面元 (子波波源)： 时刻波阵面 *子波在P点引起的振动振幅 并与 有关.菲涅尔指出 衍射图中的强度分布是因为衍射时， 波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定. 点振动是各子波在此产生的振动的叠加 .哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学 第第3 3节节 单缝夫琅和费衍射夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射衍射角（衍射角 ：向上为正，向下为负
3、 .）菲涅尔波带法哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学 一 半波带法缝长哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学（ 个半波带）干涉相消（暗纹暗纹）干涉加强（明纹明纹）（介于明暗之间）个半波带个半波带中央明纹中心哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学 二 光强分布干涉相消（暗纹暗纹）干涉加强（明纹明纹）哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学当 较小时，
4、哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学干涉相消（暗纹暗纹）干涉加强（明纹明纹）讨 论（1）第一暗纹距中心的距离第一暗纹的衍射角哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学一定， 越大， 越大，衍射效应越明显.第一暗纹的衍射角角范围 线范围中央明纹的宽度（2）中央明纹（ 的两暗纹间）光直线传播增大， 减小一定 减小， 增大衍射最大哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？哈尔滨工程大学理
5、学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学越大， 越大，衍射效应越明显.入射波长变化，衍射效应如何变化 ?哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学（4）单缝衍射的动态变化单缝上移，零级明 纹仍在透镜光轴上.单缝上下移动，根据透镜成像原理衍射图不变 .（3）条纹宽度（相邻条纹间距）干涉相消（暗纹暗纹）干涉加强（明纹明纹）除了中央明纹外的其 它明纹、暗纹的宽度哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学 （5）入射光非垂直入射时光程差的计算（
6、中央明纹向下移动）（中央明纹向上移动）哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学 白光垂直照射由于白光是由七种颜色的光复合而成，每一种单色光形成的明暗纹的位置对同一级来说是不同的（因为 ），结果使不同波长的光对同一级形成的条纹错开，从而形成关于中心对称的彩色条纹。但对中央明纹来说仍为白色.问题：同一级中，哪一条离中央明 纹远，哪一条近？哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学例1 设有一单色平面波斜射到宽度为a的 单缝上（如图），求各级暗纹的衍射角.解由暗纹条件哈尔滨工程大学理
7、学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学例2 如图，一雷达位于路边15m 处，它的射束与公 路成150角. 假如发射天线的输出口宽度b=0.10m，发射 的微波波长是18mm ，则在它监视范围内的公路长度大 约是多少？解 将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝， 衍射波能量主要集中在中央明纹范围内.b=0.10m150 d=15m哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学b=0.10m150 d=15m 根据暗纹条件哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程
8、大学理学院第6篇 光学 例3 在宽度a=0.6mm的狭缝后d=40cm处有一 与狭缝平行的屏，如图所示。如以平行单色 光自左面垂直照射狭缝，在屏上形成衍射条 纹，若在离o点为x=1.4mm的p点，看到的是 明纹。试求 ： (1)该入射光的波长；(2) p点的条纹级数； (3)从p点来看，对该光波而言，狭缝的波振面可分半波带的数目。px ado哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学（2）由上问知k=3或k=4（3）由菲涅耳半波带法可知，可以分成 2k+1个半波带。即可分为7 或9 个。解 (1)dxsinqqtandxQ321=k，：
9、()2/12sinq+=ka由单缝衍射加强条件得 可间光范围内，k=3，4k=3，=6000k=4，=4670()2/124 .0/0014.06.0+=k哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学第第5 5节节 光栅衍射 一 光栅及其衍射条纹的形成由许多等宽、等距离的狭缝排列起来形成的光学元件 .衍射光栅分类：透射光栅反射光栅哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学L衍射角fOP aa：透光部分的宽度bb：不透光部分的宽度d = a+b，为光栅常数光栅衍射条纹是衍 射和干涉的
10、总效果 相邻两缝间的光程差：哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学a：透光部分的宽度b：不透光部分的宽度d = a+b，为光栅常数L衍射角fOP ab明纹位置：哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学讨 论 光强分布 条纹最高级数哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学1 条 缝20 条 缝3 条 缝5 条 缝 光栅中狭缝条数越多，明纹越亮.亮纹的光强：单缝光强）（ ：狭缝数，哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛
11、顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学 光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远.一定, 减少, 增大. 入射光波长越大，明纹间相隔越远.一定, 增大, 增大.哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学 缺级现象同时满足：的衍射线，在屏上将不出现主极大明纹，将此现象称为 缺级现象。此时有：当k为整数的级为缺级。哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学 例 设缝数N=4，d=a+b=3a。如图所示，每个单缝的 衍射强度分布曲线为(a)，缝间的干涉为(b)，总
12、的效果 为(c)。abcasin =k012-2-1dsin =k0 1 2 3 4 5 6-6 -5 -4 -3 -2 -1哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学从图中可以看出前面总结的衍射图样的特点。同时还 可看出3、 6、 9缺级。对上述光栅，当单色光垂直照射时。问：单缝衍射图 样中央明纹范围内有几条主极大条纹？解：单缝中央明纹满足：所以对于光栅衍射有：去掉缺级，共5条。与图中一致。哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学入射光为白光时， 不同， 不同，按波长分开形成
13、光谱.一级光谱 二级光谱三级光谱二 衍射光谱哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学例如 二级光谱重叠部分光谱范围二级光谱重叠部分:一级光谱 二级光谱三级光谱哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学 衍射光谱分类连续光谱：炽热物体光谱线状光谱：钠盐、分立明线带状光谱：分子光谱 光谱分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱， 所以由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或 化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学例1 用白光垂直照射在每厘米有6500条刻痕的平 面光栅上，求第三级光谱的张角.解紫光红光不可见第三级光谱的张角第三级光谱所能出现的最大波长绿光哈尔滨工程大学理学院第1章 质点力学牛顿运动定律光的衍射-单缝 光栅哈尔滨工程大学理学院第6篇 光学例2 试设计一个平面透射光栅的光栅常数，使 得该光栅能将某种光的第一级衍射光谱展开20.0o角 的范围设该光的波长范围为430nm680nm解每厘米大约有104条刻痕
