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1、14 4 14 4 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 等倾干涉等倾干涉单单色色光光源源反反射射镜镜反射镜反射镜一一 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 ，且与，且与 成成 角角 移动导轨移动导轨补偿板补偿板 分光板分光板 114 4 14 4 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 等倾干涉等倾干涉反反射射镜镜反射镜反射镜单单色色光光源源光程差光程差 的像的像214 4 14 4 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 等倾干涉等倾干涉当当 不垂直于不垂直于 时，可形成劈尖时，可形成劈尖型等厚干涉条纹型等厚干涉条纹.反射镜反射镜单单色色光光源源反反射射镜镜314 4 14 4 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 等倾干涉等倾干涉
2、干涉干涉条纹条纹移动移动数目数目 迈克尔孙干涉仪的主要特性迈克尔孙干涉仪的主要特性 两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.移移动动距距离离移动反射镜移动反射镜 M1414 4 14 4 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 等倾干涉等倾干涉 干涉条纹的移动干涉条纹的移动 当当 与与 之间距离之间距离变大时变大时 ，圆形干涉条纹，圆形干涉条纹从中心一个个长出从中心一个个长出, 并并向外扩张向外扩张, 干涉条纹变干涉条纹变密密; 距离变小时，圆形距离变小时，圆形干涉条纹一
3、个个向中心干涉条纹一个个向中心缩进缩进, 干涉条纹变稀干涉条纹变稀 .514 4 14 4 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 等倾干涉等倾干涉光程差光程差插入介质片后光程差插入介质片后光程差光程差变化光程差变化干涉条纹移动数目干涉条纹移动数目介质片厚度介质片厚度614 4 14 4 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 等倾干涉等倾干涉 例例 在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入玻璃管在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入玻璃管, 长为长为 ，其中一个抽成真空，其中一个抽成真空， 另一个则储有压另一个则储有压强为强为 的空气的空气 , 用以测量空气的折射率用以测量空气的折射率 . 设设所用光波波长为所用光波波长
4、为546 nm，实验时，向真空玻璃管中逐渐实验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气充入空气 ，直至压强达到，直至压强达到 为止为止 . 在此过在此过程中程中 ，观察到，观察到107.2 条干涉条纹的移动，试求空气的折条干涉条纹的移动，试求空气的折射率射率 .解解lGM1M2真空真空空气空气714 4 14 4 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 等倾干涉等倾干涉二二 等倾干涉等倾干涉 等倾干涉条纹等倾干涉条纹为相同倾角为相同倾角入射光经入射光经 M1、M2 反射会聚后反射会聚后所形成的点的轨迹所形成的点的轨迹.DACPFBL814 5 14 5 光的衍射光的衍射一一 光的衍射现象光的衍射现象圆孔衍射圆孔衍
5、射*指缝衍射指缝衍射剃须刀片衍射剃须刀片衍射914 5 14 5 光的衍射光的衍射二二 惠更斯惠更斯- -菲涅耳原理菲涅耳原理S S 波前上每一面元都可看成是新的次波波源，它波前上每一面元都可看成是新的次波波源，它们发出的次波在空间相遇，空间每一点的振动是所们发出的次波在空间相遇，空间每一点的振动是所有这些次波在该点所产生振动的叠加。有这些次波在该点所产生振动的叠加。假设：假设：（1 1） 次波在次波在P P点的振幅点的振幅 A A与距离与距离 r r 成反比。成反比。（2 2） 面积元面积元d dS S与振幅与振幅 A A成正比。成正比。（3 3）振幅）振幅 A A 随随 角增加而减小。角增
6、加而减小。P P1014 5 14 5 光的衍射光的衍射问：问：如何实现夫琅禾费衍射如何实现夫琅禾费衍射 ？三三 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射夫夫 琅琅 禾禾 费费 衍衍 射射缝缝光源、屏与缝相距无限远光源、屏与缝相距无限远在在实实验验中中实实现现夫夫琅琅禾禾费费衍衍射射菲菲 涅涅 耳耳 衍衍 射射缝缝 光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远1114 6 14 6 单缝衍射单缝衍射夫夫 琅琅 禾禾 费费 单单 缝缝 衍衍 射射衍射角衍射角（衍射角（衍射角 ：向上为正，向下为负：向上为正，向下为负 . .）菲涅耳波带法菲涅耳波带法1214 6 14 6 单缝衍射单缝衍射
7、一一 半波带法半波带法缝长缝长1314 6 14 6 单缝衍射单缝衍射干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）（介于（介于明明暗暗之间）之间）（ 个半波带）个半波带） 个半波带个半波带 个半波带个半波带中央明纹中心中央明纹中心1414 6 14 6 单缝衍射单缝衍射二二 光强分布光强分布干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）1514 6 14 6 单缝衍射单缝衍射当当 较小时，较小时，1614 6 14 6 单缝衍射单缝衍射干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）讨讨 论论（1）第一暗
8、纹距中心的距离第一暗纹距中心的距离第一暗纹的衍射角第一暗纹的衍射角1714 6 14 6 单缝衍射单缝衍射 一定，一定， 越大，越大， 越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显. .光直线传播光直线传播 增增大大， 减减小小 一定一定减减小小， 增增大大衍射最大衍射最大第一暗纹的衍射角第一暗纹的衍射角角范围角范围 线范围线范围中央明纹的宽度中央明纹的宽度（2）中央明纹中央明纹（ 的两暗纹间）的两暗纹间）1814 6 14 6 单缝衍射单缝衍射问：问：单缝单缝上下微小上下微小移动时，衍射图有否变化移动时，衍射图有否变化？答答：根据透镜成像原理衍射图：根据透镜成像原理衍射图不不变变 . .（3）条
9、纹宽度（相邻条纹间距）条纹宽度（相邻条纹间距）干涉相消（干涉相消（暗纹暗纹暗纹暗纹）干涉加强（干涉加强（明纹明纹明纹明纹）除了中央明纹外的其他除了中央明纹外的其他明纹、暗纹的宽度明纹、暗纹的宽度 单缝上移，零单缝上移，零级明纹中心仍在透级明纹中心仍在透镜光轴上镜光轴上. .1914 6 14 6 单缝衍射单缝衍射 讨论：讨论：下面单缝衍射图中，各条入射光线间距相下面单缝衍射图中，各条入射光线间距相等，等，问：问：（1）光线）光线 1 与与 3 在幕上在幕上 P 点相遇时点相遇时, 两光两光振动的相位差是多少？振动的相位差是多少？ （2）P 点是明还是暗？点是明还是暗？ 答：答：（1） 1，3光
10、线光线在在P 点相遇时点相遇时, 两光振两光振动的位相差为动的位相差为 .（2） P 点是点是暗暗点点.缝长缝长RP1351352014 6 14 6 单缝衍射单缝衍射 例例1 1 一单色平行光垂直入射一单缝，其衍射第一单色平行光垂直入射一单缝，其衍射第三级明纹位置恰好与波长为三级明纹位置恰好与波长为 600 600 nm 的单色光垂直入的单色光垂直入射该缝时衍射的第二级位置重合，试求该单色光的波射该缝时衍射的第二级位置重合，试求该单色光的波长长. .解解 2114 6 14 6 单缝衍射单缝衍射 例例2 如图所示，一雷达位于路边如图所示，一雷达位于路边 15 m 处，它的射处，它的射束与公路
11、成束与公路成 角角.发射的微波波长是发射的微波波长是18 mm ，假如发射假如发射天线的输出口宽度天线的输出口宽度 ，则在它监视范围内的公，则在它监视范围内的公路长度大约是多少？路长度大约是多少？ 解解 将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝，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衍射波能量主要集中在中央明纹范围内.2214 6 14 6 单缝衍射单缝衍射根据暗纹条件根据暗纹条件2314 6 14 6 单缝衍射单缝衍射例例3 3 波长为波长为546 nm546 nm的平行光垂直照射在的平行光垂直照射在 b b = 0.437 = 0.437 mmmm的单缝上
12、，缝后有焦距为的单缝上，缝后有焦距为40 cm40 cm的凸透镜，求透镜焦的凸透镜，求透镜焦平面上出现的衍射中央明纹的宽度。平面上出现的衍射中央明纹的宽度。解：解：D2414 7 14 7 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器分辨率光学仪器分辨率一一 圆孔衍射圆孔衍射艾艾里里斑斑：艾里斑直径：艾里斑直径问问: 为什么我们看不清远处的物体呢为什么我们看不清远处的物体呢 ？2514 7 14 7 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器分辨率光学仪器分辨率二二 瑞利判据瑞利判据 对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的衍射图样的一个点光源的衍射图样的主极大主极大刚好
13、和另一点光源衍刚好和另一点光源衍射图样的射图样的第一极小第一极小相相重合重合，这时两个点光源（或物点），这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨恰为这一光学仪器所分辨. .2614 7 14 7 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器分辨率光学仪器分辨率*三三 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（两光点刚好能分辨）（两光点刚好能分辨）光学仪器分辨率光学仪器分辨率光学仪器的通光孔径光学仪器的通光孔径2714 7 14 7 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器分辨率光学仪器分辨率解（解（1）（2）（1）人眼的最小分辨角有多大？人眼的最小分辨角有多大？ （2）若教室黑板上写有一等于号若教室黑板
14、上写有一等于号“”，在什么情，在什么情况下，距离黑板况下，距离黑板10 m处的学生才不会因为衍射效应，将处的学生才不会因为衍射效应，将等于号等于号“”看成减号看成减号“”? 例例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为 而在可见光中，对人眼最敏感的波长为而在可见光中，对人眼最敏感的波长为550 nm，问问等号两横线间距不小于等号两横线间距不小于 2.2 mm.2814 7 14 7 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器分辨率光学仪器分辨率解解 （1）哈勃）哈勃望远镜的最小分辨角为望远镜的最小分辨角为 例例2 太空望远镜太空望远镜 （1）哈勃）哈勃太空望远镜是太空望远镜是199
15、0年发射升空的天文望远镜年发射升空的天文望远镜 ，它的，它的主透镜直径为主透镜直径为 2.4 m , 是目前太是目前太空中的最大望远镜空中的最大望远镜 . 在大气层外在大气层外 615 km高空绕地运行高空绕地运行 , 可观察可观察 130亿光年远的太空深处亿光年远的太空深处, 发现了发现了500 亿个星系亿个星系 . 试计算试计算哈勃哈勃望远镜对波长为望远镜对波长为 800 nm 的红外线的最小分辨角的红外线的最小分辨角.2914 7 14 7 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器分辨率光学仪器分辨率 （2）人类正在建造新一代）人类正在建造新一代太太空望远镜韦布，计划于空望远镜韦布，计划于2012年利
16、年利用欧洲航天局的用欧洲航天局的 “阿丽亚娜阿丽亚娜5号号”火箭发射火箭发射, 在距离地球在距离地球150万万 Km的遥远轨道上运行，以代替将要的遥远轨道上运行，以代替将要退役的退役的哈勃哈勃望远镜望远镜 . 设计中的韦设计中的韦布太空望远镜的主透镜直径至少布太空望远镜的主透镜直径至少为为 6 m , 也可在红外频率下工作，也可在红外频率下工作，问与问与哈勃哈勃望远镜相比韦布望远镜望远镜相比韦布望远镜的分辨率预计可以提高多少倍？的分辨率预计可以提高多少倍？提高的倍数为提高的倍数为解解 例例2 太空望远镜太空望远镜3014 7 14 7 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器分辨率光学仪器分辨率 例例3 毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击. （1）有一毫米波雷达，其圆形天线直径为有一毫米波雷达，其圆形天线直径为55 cm，发射频率为发射频率为220 GHz的毫米波，计算其波束的角宽的毫米波，计算其波束的角宽度；度； （2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行比较，设船用雷达波长为度进行比较，设船用雷达波长为1.57 cm，圆形天线直圆形天线直径为径为2.33 m .解（解（1）（2）31
