光的衍射2.2

1、1,第 20 章,（Interference & diffractionof light）(8),光的干涉和衍射,2,一.光的干涉,两束光(1)频率相同；(2)光振动方向相同；(3)相差恒定；,则在空间相遇区域就会形成稳定的明、暗相间的条纹分布，这种现象称为光的干涉。,其中,二.相干叠加和非相干叠加由波动理论知, 光矢量平行、频率相同、振幅为E1和E2的两列光波在某处叠加后,合振动的振幅为,20-1 光波的相干叠加,3,在波动光学中，光强定义为,即光强,1.非相干叠加 对普通光源来说，由于原子发光是间歇的、随机的、独立的，在观察时间内，相位差不能保持恒定,变化次数极多,可取02间的。

2、1,光的衍射（2）,本章主要内容： 一、光的衍射理论 （1）惠更斯费涅耳原理。 （2）费涅耳半波带法。 二、几种典型的衍射 （1）单缝夫琅和费衍射。 （2）光栅衍射。 （3）圆孔衍射，光学仪器的分辨本领。 （4）晶体衍射，布喇格公式。,光在传播过程中遇到 ?的障碍物时发生明显的光线偏离直线传播的现象-光的衍射。,2,本课时主要内容： 一、衍射理论： （1）惠更斯费涅耳原理 。 （2）费涅耳半波带法。 二、单缝夫琅和费衍射。,光的衍射（2-1） (Diffraction of light),3,本课时教学基本要求1、理解惠更斯菲涅尔原理，了解如何应用该原理处。

3、5 3光的衍射与偏振 产生明显衍射现象的条件是 障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多 观察与思考 现象 详见课本P86 一 光的衍射 1 定义 光在传播过程中 遇到障碍物或小孔时 光将偏离直线传播的方向而绕到障碍物到达阴影区域的现象 另见课本P87 2 衍射图像及特点 详见课本P87 1 单缝衍射 白光单缝衍射条纹 中间是白色的 两边是减弱很快的彩色条纹 红光在外侧 2 小孔衍射 光通过小孔。

4、1,第4章 光的衍射,2,一. 光的衍射,1.现象,?,2.定义：,3,3. 惠更斯菲涅耳原理（Huygens-Fresnel principle）,4,3. 惠更斯菲涅耳原理（Huygens-Fresnel principle）, 空间任一点的光振动是所有这 些子光波在该点的相干叠加。, 波振面上每一点都可。

5、第十三章 光的衍射,13.2 单缝夫琅禾费衍射,13.4 圆孔衍射 光学仪器的分辨率,13.3 衍射光栅,13.5 X射线的衍射,菲涅耳,下页,上页,结束,返回,13.1 光的衍射 惠更斯菲涅耳原理,一.光的衍射现象及分类,1.现象:, 10 - 3 a,2.定义: 光在传播过程中能绕过障碍物的边缘,而偏离直线传播的现象,下页,上页,结束,返回,二.衍射的分类,远场衍射,(2) 夫琅禾费衍射,光源S、衍射屏R、观察屏P只要有两者为有限远,(1) 菲涅耳衍射, 10 - 3 a,光源S、衍射屏R、观察屏P相距无限远,近场衍射,下页,上页,结束,返回,三. 惠更斯菲涅耳原理,表述: 波传到的任何一点都可。

6、第十六章 光的衍射,一、选择题,1. 根据惠更斯-菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为S，则S的前方某点P的光强决定于波阵面S上所有面积元发出的子波各自传到P点的( ),振动振幅之和 B.光强之和 C.振动振幅和的平方 D.振动的相干叠加,A.3个; B.4个; C.5个; D.8个,2.在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为 的行光垂直入射宽度a =5的单缝，对应于衍射角30的方向，单缝处波面可分成的半波带数目为( )。,3.在光栅夫琅和费衍射实验中，单色平行光由垂直射向光栅改变为斜入射光栅，观察到的光谱线( )。,A.最高级次变小,条数不变 B.最高级次变大,条数。

7、5.1 光的干涉,英国医生和物理学家。对物理学的贡献，除了提出“能”的概念（1807年）和杨氏弹性系数之外，最大的成就就是1801提出光的干涉理论。,科学简史,杨氏双缝实验,杨氏双缝干涉,像屏,双缝屏,将同一光源发出的光(频率相同)通过一个狭缝（振动方向一致）再通过一与单缝平行的双缝（相干光源）,光的干涉,双缝干涉,激光束,双缝,屏,屏上看到明暗相间的条纹,结论:光是一种波,亮条纹,亮条纹,探究： 出现明暗相间条纹的条件,S1,S2,亮条纹,出现亮条纹的条件,（ k=0，1，2，3）,暗条纹,探究2： 出现明暗相间条纹的条件,S1,S2,亮条纹,暗条纹,出。

8、一 光的衍射现象,23.1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理,缝较大时，光是直线传播的,衍射后能形成具有明暗相间的衍射图样。中央明纹最亮,两侧显著递减。,二、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射,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。,二、惠更斯-费涅耳原理,波传到的任何一点都是子波的波源，各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。,惠更斯,菲涅耳,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。,23.1 单缝夫琅禾费衍射,一. 单缝夫琅禾费衍射的光路图,：缝宽,S: 单。

9、11-6 光的衍射,刀片边缘的衍射,圆屏衍射,（泊松点）,2.衍射现象： 波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衍射现象。,1.实验现象：,一、光的衍射现象,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-费涅耳原理,惠更斯-菲涅耳原理解释了波的衍射强度分布,C-比例常数,K( )-倾斜因子,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。

10、第十八章 光的衍射,181 单缝衍射,本章作业,3，5，9，14，16，19,一 惠更斯菲涅耳原理,波在介质中传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在此后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前。,子波概念,球面波,平面波,：波阵面上面元 (子波波源),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。,： 时刻波阵面,*,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。P点振动是各子波在此产生的振动的叠加。,子。

11、第十三章 光,产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多.,回顾水波的衍射,光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？怎样才能观察到光的衍射现象？,一、光的衍射 1、光的衍射： 光离开直线路径绕过障碍物，到达阴影里的现象叫做光的衍射现象。 2、明显衍射的条件 障碍物或狭缝的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多。 3、物理意义：光的衍射现象证明光是一种波。,激光束,二、单缝衍射,1、单缝衍。

12、光的衍射,内容小结与典型例题,一、衍射现象,衍射现象：,惠 菲原理：,两种衍射：菲涅尔衍射与夫琅和费衍射,二、单缝衍射,1.极值条件,其中：N是半波带数。,2.条纹位置,3.条纹间隔,相邻暗纹间隔：,对中央明纹，宽度是：,三、光栅衍射,光栅方程,K为缺级,缺级现象,例 1.用白光垂直照射到宽度0.5mm的单缝上,在,缝后放置一个焦距100cm的透镜,则在焦平面的屏幕上形成衍射条纹。若在屏上离中央明纹中心距离为1.5mm处的P点为明纹极大。试求：,2 衍射角;狭缝波面可分成的波带数目；,3 中央明纹的宽度,1 入射光的波长;,解:1,由明纹条件:,考虑可见光范。

13、光的衍射,一、光的衍射现象,衍射光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影区,并在屏上出现光强不均匀分布的现象。同光的干涉现象一样，是光的本质特性之一。,不同宽度的单缝衍射图样,单缝衍射,圆孔衍射,日常生活中为什么我们很容易观察到声波、无线电波的衍射，而难以观察到光波的衍射呢？这是由于声波和无线电波的波长较长（约几百米），自然界中存在这样尺度的障碍物或空隙（如墙、山秋和建筑物等），容易表现出衍射现象；而光波的波长很短（4000-7600)，自然界中通常不存在如此小的障碍物或空隙，光主要表现出直线传播的特性。,产生衍射。

14、【教育类精品资料】,光的衍射,光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？,水波、声波都会发生衍射现象，它们发生衍射的现象特征是什么？,光的衍射,一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多,取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个像屏 ,激光束,调节狭缝宽窄,像屏,光的衍射,光的衍射,单缝。

15、4.1 衍射现象、惠更斯 菲涅耳原理,4.2 单缝的夫琅禾费衍射,4.4 光栅衍射,4.3 光学仪器的分辨本领,4.6 X射线的衍射,目 录,4.5 光栅光谱,4.1 衍射现象、惠更斯菲涅耳原理,一、光的衍射（ diffraction of light ）,1、定义：,而偏离直线传播的现象叫光的衍射。,光在传播过程中能绕过障碍物的边缘,孔的衍射,缝的衍射,一般a 10-3 ,2、分类,（1）菲涅耳（Fresnel）衍射(近场衍射）,光源和观察屏，或两者之一离障碍物（衍射屏）的距离有限远,（2）夫琅禾费（Fraunhofer）衍射（远场衍射）,光源和观察屏离障碍物的距离均为无限远时（可用透镜实现。

16、光的衍射,内容小结与典型例题,一、衍射现象,衍射现象：,惠 菲原理：,两种衍射：菲涅尔衍射与夫琅和费衍射,二、单缝衍射,1.极值条件,其中：N是半波带数。,2.条纹位置,3.条纹间隔,相邻暗纹间隔：,对中央明纹，宽度是：,三、光栅衍射,光栅方程,K为缺级,缺级现象,例 1.用白光垂直照射到宽度0.5mm的单缝上,在,缝后放置一个焦距100cm的透镜,则在焦平面的屏幕上形成衍射条纹。若在屏上离中央明纹中心距离为1.5mm处的P点为明纹极大。试求：,2 衍射角;狭缝波面可分成的波带数目；,3 中央明纹的宽度,1 入射光的波长;,解:1,由明纹条件:,考虑可见光范。

17、五、光的衍射,红光波长最大，紫光波长最小,1、光的干涉图样有何特征？,2、不同颜色的光相邻条纹间距有何不同？,3、光的颜色由什么决定的呢？,干涉复习:,1、光的颜色是由电磁波的频率决定的2、不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同3、同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都要改变4、在同一介质中，频率越高，波速越小,规律归纳:,光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们没有观察到光的衍射现象呢？,水波、声波都会发。

18、光的衍射,光的衍射,当光在传播过程中遇到大小与波长相比拟的障碍物（小孔、小屏、狭缝、毛发和细针等），会发生明显的光线偏离直线传播的现象-光的衍射。,下面先思考两个问题：日常生活中你见到过哪些光的衍射现象？为什么在日常生活中声波的衍射比光波的衍射更加明显？,与机械波的衍射现象类似，光的衍射可用惠更斯（C.Huygens)-菲涅耳(A.J.Fresnel)原理来解释。,光的衍射,一、惠更斯-菲涅耳原理： 惠更斯的“子波源”理论能定性解释光的衍射现象，但不能定量解释光衍射图样中的光强分布。,法国科学家菲涅耳从惠更斯“子波”假定出发，运。

19、2.2 菲涅耳半波带 菲涅耳衍射（圆孔和圆屏）,用代数加法或矢量加法代替积分运算，可以十分方便地对衍射现象作定性或半定量的解释。,1 . 菲涅耳半波带法,点光源与观察点P(场点)的连线与波面S的交点：极点极点到观察点的距离： r0以场点P为球心，分别以r0+l/2、 r0 +l、 r0 +3l/2为半径作球面；这些球面将透过小孔的波面截成若干波带，使得每相邻两个波带的边缘点到P点的光程差等于半个波长 。,将入射波面分割成波带，考察每个波带对衍射的贡献。,波带分割原则（以点光源照明、圆孔衍射为例）,菲涅耳半波带的特点: （1）相邻波带的对应部分。