大学物理衍射

1、1. 杨氏双缝实验,干涉相长（明纹极大）,干涉相消（暗纹极小）,明纹（或暗纹）间距,2.2 等厚干涉,相邻条纹处薄膜厚度差,2. 薄膜干涉,光程差,平行光垂直入射时光程差,薄膜厚度相等的点构成一条等厚干涉条纹，薄膜厚度变化不同，形成不同的干涉图样。,等厚干涉之一：劈尖,2.1 等倾干涉,入射角相同的光束构成一条等倾干涉条纹,牛顿环,明（暗）纹半径,例1.在杨氏双缝实验装置中，试描述在下列情况下干涉条纹将如何变化？1）当两缝的间距增大时 2）当双缝的宽度增大时 3）当把一条缝稍稍加宽时 4）当遮住一条缝时 5）当线光源S平行于双缝移动时 。

2、光的衍射 光在传播过程中能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象 产生衍射现象的条件 障碍物 衍射物 的线度与波长可相比拟 由于光的波长很小 比日常的物体要大得多 故在一般情况下不易观察到光得衍射现象 一 光的衍射现象 显示屏 遇到障碍物时 光偏离了直线传播而到达几何影内的现象 称为光的衍射现象 当缝宽缩小到一定程度 0 1mm以下 时 光带增宽并出现明暗相间的条纹 一般障碍。

3、光的衍射 光的偏振复习课,一、基本要求,1了解惠更斯菲涅耳原理,2掌握单缝夫琅禾费衍射的条纹分布，以及缝宽，波长等对衍射条纹的影响,3理解光栅衍射方程，会分析光栅常数，光栅缝数N等对条纹的影响,4理解线偏振光获得和检验的方法，马吕斯定律,二、基本内容,1单缝夫琅禾费衍射,（1）半波带法的基本原理,（2）明暗条纹的条件,第一步分 光的衍射,（3）明暗纹中心的位置,线宽度,明条纹宽度,（4） 条纹宽度,中央明条宽度：角宽度,斜入射：,条纹位置：,2衍射光栅,（1）光栅衍射是单缝衍射和各缝干涉的总效果,（2）光栅方程,（3）缺级条件，当,。

4、光的干涉,1. 杨氏双缝实验,干涉相长（明纹极大）,干涉相消（暗纹极小）,明纹（或暗纹）间距,2.2 等厚干涉,相邻条纹处薄膜厚度差,2. 薄膜干涉,光程差,平行光垂直入射时光程差,薄膜厚度相等的点构成一条等厚干涉条纹，薄膜厚度变化不同，形成不同的干涉图样。,等厚干涉之一：劈尖,2.1 等倾干涉,入射角相同的光束构成一条等倾干涉条纹,牛顿环,明（暗）纹半径,例1.在杨氏双缝实验装置中，试描述在下列情况下干涉条纹将如何变化？1）当两缝的间距增大时 2）当双缝的宽度增大时 3）当把一条缝稍稍加宽时 4）当遮住一条缝时 5）当线光源S平行于双。

5、1,光的衍射,1.理论基础惠更斯菲涅尔原理,2.光的衍射半定量分析：菲涅尔半波带理论,衍射实质: 无数子波的相干叠加,方法要点,(2)将缝波面分成n个带,(3)各带产生的振幅相等.,2,3. 单缝,4.光栅,特点：,各级明暗纹等间距,中央明条纹的线宽度为：,明纹或暗纹角宽度,3,光的偏振,1.光的偏振状态,自然光,线偏振光,部分偏振光,光的干涉和衍射现象说明了光的波动性，光的偏振性证明了光是横波。,只有横波才具有偏振性.,I0,I,I0/2=I1,2.马吕斯定律,起偏,检偏,4,3.布儒斯特定律,a.反射光 部分偏振光，,折射光 部分偏振光，,b.反射光的偏振化程度与入射。

6、波动光学,-光的衍射,14.1光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理,光在传播路径中遇到障碍物时,能绕过障碍物边缘而进入几何阴影传播,并且产生强弱不均的光强分布，这种现象称为光的衍射。,一.光的衍射现象,二.惠更斯-菲涅耳原理,惠更斯原理：媒质中波所传到的各点都可看作是发射子波的波源,其后任一时刻,这些子波的包迹就决定新的波阵面。 菲涅耳指出:波阵面上各点发出的子波在空间相遇时会产生干涉。“子波相干叠加”这就是惠更斯-菲涅耳原理。,dS子波源发出的子波在P点引起的振动为：,数学表达：,时K()=0,即无倒退的子波。,-菲涅耳衍射积分,P点。

7、1,衍 射 复 习,1、惠更斯菲涅耳原理,光的波阵面上每一点都可以看作新的子波源，以后任意时刻，这些子波的包迹就是该时刻的波阵面。从同一波阵面上各点发出的子波是同位相的相干波，它们在空间的相干叠加决定了光强在空间的分布。,2,2、单缝夫琅和费衍射,中央明纹中心,明条纹中心,暗条纹中心,衍射明暗纹条件：,=,0,3,条纹角位置：,=,0,条纹线位置：,0,中央明纹中心,明条纹中心,暗条纹中心,4,暗条纹中心：,中央明纹的宽度,角宽度,线宽度,其它明纹的宽度,角宽度,线宽度,5,3、光栅衍射,0,-2,-1,1,2,0,4,8,-4,-8,光栅衍射 光强曲线,单缝衍射轮。

8、13.6.1 光的衍射现象,光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物继续传播。,如果波长与障碍物相当，衍射现象最明显。,13.6 惠更斯-菲涅耳原理,圆孔衍射现象,13.6.2 惠更斯-菲涅耳原理,惠更斯原理-波在媒质中传播到的各点，都可看成新的子波源。,惠更斯原理只能解释波的衍射，不能给出波的强度。,菲涅耳原理-从同一波面上发出的子波是相干波，波传播到某一点的光强为各个子波在观察点的干涉叠加。,菲涅耳在惠更斯原理基础上加以补充，提出子波相干叠加的概念。,波在前进过程中引起前方某点的总振动，为面 S 上各面元 dS 所产生子波在 P 。

9、主讲教师：刘秀英预习：10.7作业：P132，10-22，10-24,10-5 光栅衍射,中央明纹的半角宽度,其他明纹的角宽度,一、光栅衍射现象,光栅大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面) 构成的光学元件。,d,透射光栅,a是透光（或反光）部分的宽度,d=a+b 光栅常数,b是不透光(或不反光)部分的宽度,光栅常数,种类：,一）基本概念,（10-510-6 m）,（分光装置）,（即一厘米内刻有1000-10000条狭缝或反射面）,S,二）装置和现象,L1,E,A,条纹特点：亮、细、疏,L2,衍射条纹的形成:,1）各单缝分别同时产生单缝衍射,显然干涉条纹要受到衍射光的影响。,注意：每一个单。

10、1,2.衍射的分类, 菲涅耳衍射,光源障碍物接收屏(或其中之一) 距离为有限远。(近场), 夫琅和费衍射,光源障碍物接收屏距离均为无限远。(远场),2,二、惠更斯-费涅耳原理,波传到的任何一点都是子波的波源，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.,波的衍射就是波阵面上（连续）无穷多子波波源发出的波的相干叠加。,3,将衍射光束分成一组一组的平行光，每组平行光与原入射方向的夹角为衍射角.,：缝宽,S: 单色线光源, : 衍射角,一. 单缝夫琅禾费衍射的光路图,23.2 单缝的夫琅禾费衍射,4,二.菲涅耳半波带法：,用一系列相距/2平行于B。

11、大学物理 习题练习 光的衍射,光的衍射,什么是光的衍射？ 波在传播中遇到障碍物，使波面受到限制时，能够绕过障碍物继续前进的现象。 光通过宽缝时，是沿直线传播的，若将缝的宽度减小到约104m及更小时，缝后几何阴影区的光屏上将出现衍射条纹。,单缝夫琅禾费衍射,衍射角:,衍射图样中明、暗纹公式：,暗纹条件：,单缝衍射条纹特点条纹宽度,角宽度为,线宽度为,A. 中央明纹,当 时，1 级暗纹对应的衍射角,由,得：,B.其他各级明纹的宽度为相邻暗纹间距,对K级暗纹有,可见中央明纹约为其他各级明纹宽度的两倍。,角宽度,影响衍射图样的a和,： 缝越。

12、光的衍射,第十九章,缝较大时，光是直线传播的,缝很小时，衍射现象明显,一、 光的衍射现象及其分类,19-1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理,光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象。,衍射的分类,菲涅耳衍射,夫琅禾费衍射,光源障碍物接收屏 距离为有限远。,光源障碍物接收屏 距离为无限远。,衍射系统由光源、衍射屏、接收屏组成。,从同一波阵面上各点所发出的子波，在传播过程中相遇时，也可相互叠加产生干涉现象，空间各点波的强度，由各子波在该点的相干叠加所决定。,二、惠更斯-菲涅耳原。

13、透射光栅 ，反射光栅，平面光栅，凹面光栅,14-8 衍射光栅,一、光栅,1、定义 许多等宽度、等距离的狭缝排列起来形成的光学元件.广义讲，任何具有空间周期性的衍射屏都可叫作光栅。,2、种类,反射光栅,透射光栅,3.光栅常量a是透光部分的宽度，b是不透光部分的宽度，光栅常量d = a + b，是光栅的重要参数,数量级为10-5-10-6m,二、光栅的衍射规律,光栅每个缝形成各自的单缝衍射图样。,光栅衍射条纹是单缝衍射与多缝干涉的总效果。,光栅缝与缝之间形成的多缝干涉图样。,4,l,光栅中狭缝条数越多，明纹越细，分得越开.,三、光栅夫琅禾费衍射的实验。

14、衍射,李晓文 北京师范大学物理实验教学中心,光到底是什么？,17世纪明确形成了两大对立学说,牛顿,惠更斯,微粒说,波动说,由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风,1818年，法国科学院悬奖征文,题目： 1 利用精密的实验确定光线的衍射效应。 2 根据实验用数学归纳法推导出光线通过物体附近的运动情况。主持人：比奥、拉普拉斯、泊松 （微粒说） 本意：希望通过征文，鼓励用微粒理论解释衍射现象，以期取得微粒理论的决定性胜利。,菲涅耳,以严密的数学推理，从横波观点出发，圆满地解释了光的偏振，并用半波带法定量地计算。

15、,例题2. 在复色光照射下的单缝衍射图样中,其中某一波长的第3级明纹位置恰与波长=600nm的单色光的第2级明纹位置重合,求这光波的波长.,分析: 设未知波长的第3级明纹与的第2级明纹在方向重合,说明它们在该方向的光程差相等.,例5、一束波长为 =5000的平行光垂直照射在一个单缝上。 a=0.5mm，f=1m 。(3)如果在屏幕上离中央亮纹中心为x=3.5mm处的P点为一亮纹，试求： (a)该P处亮纹的级数； (b)从P处看，对该光波而言，狭缝处的波阵面可分割成几个半波带？,(b)当k=3时，光程差,狭缝处波阵面可分成7个半波带。,讨论：,1. 一束白光垂直照射在一光栅。

16、一. 单缝夫琅和费衍射,明暗纹条件,上讲内容,单缝衍射光强分布,衍射条纹角宽度,中央明纹集中大部分能量，明条纹级次越高亮度越弱。,光栅衍射,衍射条纹：亮度高+间距大？,1、单缝衍射的矛盾：,单缝衍射不能进行精确测量,2、单缝衍射的一个重要特点：, 单缝的夫琅和费衍射图样，不随缝的上下移动而变化,引 言,光栅常数d：,a透光部分；b不透光部分,光栅的构成,透射光栅,反射光栅,光栅的分类,光栅衍射的实验装置,光栅衍射的图样,= 单缝衍射 + 多缝干涉,1、某条单缝的衍射光在 点处的合振动,光栅衍射的图样,2、不计缝宽，N 束光的干涉, 点处的合。

17、一. 单缝夫琅和费衍射,明暗纹条件,上讲内容,单缝衍射光强分布,衍射条纹角宽度,中央明纹集中大部分能量，明条纹级次越高亮度越弱。,光栅衍射,衍射条纹：亮度高+间距大？,1、单缝衍射的矛盾：,单缝衍射不能进行精确测量,2、单缝衍射的一个重要特点：, 单缝的夫琅和费衍射图样，不随缝的上下移动而变化,引 言,光栅常数d：,a透光部分；b不透光部分,光栅的构成,透射光栅,反射光栅,光栅的分类,光栅衍射的实验装置,光栅衍射的图样,= 单缝衍射 + 多缝干涉,1、某条单缝的衍射光在 点处的合振动,光栅衍射的图样,2、不计缝宽，N 束光的干涉, 点处的合。

18、同学们好！,佛光，是“佛祖显灵”还是自然奇观？佛光曾出现在泰山、峨眉山、庐山等地，游客发现：在云雾漫漫的山中，当阳光普照时，突然就会出现一圈七彩光环，在光环中央能清晰地看到一个黑色的影子，有头有身，如同一尊“佛祖”正在打坐。有趣的是，游客的头摇一摇，“佛祖”的头也会跟着相应的变化，周围游客每个人看到的佛影的变化也都和自己的动作有关，而佛光里却始终只有一个佛影。 佛家认为，只有与佛有缘的人才能看到佛光，因为佛光是从佛的眉宇间放射出的救世之光，吉祥之光。真的是这样吗？其实佛光并不神秘，它只是一种特殊气。

19、1,练习题、检查滚珠大小的干涉装置示意如图（a），S为单色光源，波长为，L为会聚透镜，M为半透半反镜，在平晶T1, T2之间放置A、B、C三个滚珠，其中A为标准件，直径为d0，在M上方观察时，观察到等厚条纹如图（b），若轻压C珠上方，条纹间距变小，则B珠直径d1= ? C 珠直径 d2= ?,2,在图示三种透明材料构成的牛顿环装置中，用单色光垂直照射，在反射光中看到干涉条纹，则在接触点处形成的圆斑为 （）全明 （）全暗 （）右半部明，左半部暗 （）右半部暗，左半部明,答案：D,3,6.4 光的衍射 6.5 夫琅和费的单缝衍射 6.6 夫琅和费圆孔衍射 6.7 。

20、复习1-1,18,屏幕,4 光的衍射,？,可能：,（1）缝较宽,几何阴影界线明显和几乎均匀分布的光强。如阳光照出的窗影,（2）缝宽极小 ,几何阴影模糊不清，阴影中边缘附近出现了明暗相间的条纹,做单狭缝、圆盘的实验,1,flash单缝很宽及变窄后的情况,2,这些现象显然与光的直线传播相矛盾。它们是如何产生？,不考虑缝宽，视为两点（线）光源，由两个点光源之间的相干（双光束）,考虑缝宽。从每个单缝露出的许多个点（线）光源之间的干涉（无限束）,“光线转弯的现象”,线光源,3,菲涅尔衍射,夫朗和费衍射,有限远,无限远,无限远,一、单狭缝衍射,单缝衍。