波动光学光的衍射单缝与圆孔.pptx

01 光的衍射现象02 惠更斯—菲涅耳原理03 衍射的分类 1 菲涅耳衍射 2 夫琅禾费衍射04 夫琅禾费单缝衍射 ?05 夫琅禾费圆孔衍射 光的衍射?单缝与圆孔衍射第四讲01 光的衍射现象—— 光通过障碍物，偏离原来传播方向 光强重新分布，形成明暗相间的条纹 光的衍射02 惠更斯—菲涅耳原理—— 波面上每一点发出球面次波 任一时刻的波面 是所有子波波面的包络面1 惠更斯原理 解释了光的直线传播反射、折射和双折射现象原理未涉及强度和波长概念 —— 不能解决问题衍射2 惠更斯 — 菲涅耳原理1815年法国土木工程师、物理学家菲涅尔弥补了惠更斯原理的不足之处补充了次波相干叠加的概念提出了波面上各子波源发出的次波是相干波空间一点光的强度由次波相干叠加决定 惠更斯 — 菲涅耳原理：解决了光波衍射光强分布 惠更斯 — 菲涅耳原理的数学表达式t时刻 —— 波面上任一面元ds在空间P点的振动A(Q) —— 光强分布因子K(?) —— 光强方向分布因子 C —— 常数波面S在P点的振动3 衍射的分类菲涅耳衍射夫琅禾费衍射观察衍射的方式不同菲涅耳衍射 —— 光源和光屏距障碍物为有限距离夫琅禾费衍射 —— 光源和光屏距障碍物为无限距离夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射中衍射条纹的强度—— 根据惠更斯—菲涅耳原理 对衍射条纹进行定量分析—— 用菲涅耳半波带法 对条纹强度做定性分析04 夫琅禾费单缝衍射—— 平行单色光入射狭缝(宽度a) 波面上各点发出柱面子波1 单缝衍射原理 不同方向传播的子波经透镜后会聚在焦平面上不同点子波是相干光在焦平面上进行相干叠加 菲涅耳半波带法 —— 分析夫琅禾费单缝衍射2 衍射光强分布 —— 菲涅耳半波带 衍射角?一定, A点和B点发出的子波到P点将单缝上的波面分成宽度为?s的带相邻带上对应点发出光到P点的光程差 ?s —— 半波带 —— 半波带平行于单缝 AB两点到P点的光程差半波带的数目半波带的数目衍射角?方向上，P点光强取决单缝半波带的数目 N为偶数 —— P点的光强极小N为奇数 —— P点的光强最大N不是整数 —— 光强介于最大和最小之间 3 衍射条纹特点因为衍射条纹位置半波带的数目—— 约定衍射角?在光轴上方取值为正，下方取值为负 —— 在 方向上波面各点发出的子波到P0 点的光程相等 半波带的数目1) 中央亮条纹—— N为偶数2) 暗条纹半波带的数目—— N为奇数3) 亮条纹令4) 条纹宽度暗条纹中央亮条纹的宽度—— 是其它条纹 宽度的2倍亮条纹和暗条纹宽度5) 单缝上下移动不影响衍射条纹的分布6) 复色光照射单缝中央为复色光颜色条纹两侧分布着彩色条纹 波长?=0.5 ?m的单色光照射宽a=0.5 mm的单缝上 在缝后放一个焦距f=0.5 m的凸透镜，求1)?中央亮条纹的宽度2)?第一级亮条纹的宽度3) 如将此装置放入n=1.33水中 问上述条纹有何变化？? 1) 中央亮条纹宽度2)?第一级亮条纹的宽度一级和二级暗纹的位置第一级亮条纹的宽度3) 如果将此装置放入n=1.33的水中暗条纹中央亮条纹的位置暗条纹衍射角—— 同一级条纹的衍射角变小 衍射条纹向中心收缩，条纹间距变小。4 几何光学与波动光学 暗条纹和条纹宽度单缝宽度很大—— 衍射条纹趋于中心，条纹间距趋于零 衍射现象消失—— 几何光学是波动光学在 时极限情形—— 单缝宽度很大和较小时的衍射图样05 夫琅禾费圆孔衍射1 夫琅禾费圆孔衍射特点 —— 平行单色光入射圆孔__直径D 圆孔波面上各点发出子波经透镜会聚在焦平面P点光的振幅 计算得到中央是亮斑(爱里斑)，强度约占入射光强的 84%爱里斑的半角宽度2 光学仪器的分辨本领 —— 瑞利判据 瑞利判据 —— 两个强度相同的不相干点光源 一个光源的爱里斑的中心刚好落在 另一光源衍射图样的第一级极小处光学系统刚好分辨两个点光源 ?两个点光源的爱里斑的角距离望远镜的最小分辨角望远镜的分辨本领 月球离地面约s=3.68×105 km, 设月光?=550 nm 计算月球表面上相距多远的两点才能被地面上 直径D=5 m的天文望远镜所分辨? 最小分辨角—— 月球上相距为d的两点 对望远镜中心的张角