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1、一、光的衍射现象,2-1 光的衍射,二、衍射的分类,1、菲涅耳衍射（近场衍射),依光源、障碍物和观察屏三者位置关系,2、夫琅和费衍射（远场衍射）,三、惠更斯-菲涅耳原理,1、惠更斯原理,从同一波面上各点发出的子波,在传播到空间的某一点时,各个子波也可以互相叠加而产生干涉现象。,子波干涉,2、惠更斯-菲涅耳原理,2-2 单缝夫琅和费衍射,一、实验装置,二、单缝衍射条纹的特点,1、衍射条纹明暗相间，对称分布在中央明纹两侧；,3、明纹级次越高，光强越弱。,2、中央明纹既亮又宽，为其它明纹宽度的两倍;,三、衍射条纹特点分析,1、菲涅耳半波带,P,(2)暗纹（偶数个半波带）,(3)明纹中心（奇数个半波带
2、）,2、衍射明暗纹条件分析,(1)中央明区（零级明纹）,思考:,a、AC不等于半波长的整数倍时?,b、明纹级次越高,光强越弱,怎么解释?,定性半定量研究方法,3、明纹宽度,相邻两暗纹之间的距离,(1)中央明纹宽度,(2)其它明纹宽度,中央明纹宽度,a、缝愈窄、波长愈长,衍射愈显著;当 时,各级条纹都密集于 中央明纹附近,只观察到一条亮 纹，即单缝的象。,4、影响条纹分布的因素,c、单缝上下平移，不影响条纹分布.,b、白光入射时，除中央明纹为白色外，其它明纹均为彩色条纹.,：艾里斑直径,2-3 圆孔衍射 光学仪器的分辨率,一、夫琅和费圆孔衍射,当单色平行光垂直照射到小圆孔上时在屏上产生明暗交替的
3、圆环，中央为很亮的圆亮斑,叫做“艾里斑”。,直径为 ,对透镜光心的张角为,二、光学仪器的分辨率,光学仪器中的透镜、光阑相当透光小圆孔.从几何光学看:物体通过光学仪器成象时,每个物点对应一个象点。,从波动光学看:光通过光学元件时，要发生衍射,物点的象是以象点为中心的有一定大小的艾里斑.,光的衍射现象限制了光学仪器的分辨率.,设有两个点光源经透镜后形成了两个重叠的艾里斑,两斑中心间距 .一象点的第一暗纹恰与另一象点的中央亮纹最亮处重合时,两物点恰能被光学仪器所分辨.,1、瑞利判据,二 瑞利判据,2、最小分辨角,此时,最小分辨角的倒数。单位角度内能 分辨的点数。,4、提高光学仪器分辨率的途径：,(1
4、)增大透镜孔径,3、光学仪器分辨率,(2)采用短波长的光入射,例:在正常照度下,人眼瞳孔的直径为3 人眼对绿光最敏感,其波长为550nm,人眼中玻璃液的折射率为n=1.336.,求:(1)人眼的最小分辨角？,(2)在教室的黑板上画两条平行线相距,为2 ,坐在教室距黑板多远处的同学能看清它？,则,2-4 光栅衍射,一、光栅,一种重要的光学器件。由不同光学性质的各部分在空间周期性排列而组成。,二、光栅衍射条纹的形成,透射光栅:大量的等间距的平行狭缝组成的光学元件。,1、实验装置,2、光栅衍射条纹特点：,(1)主极大明条纹随光栅缝数N的增大非常细亮,(2)相邻主极大明条纹分得很开，其间是大片暗区.,
5、(3) 各主极大明条纹强度分布轮廓与单缝衍射强度分布曲线一样.,定性分析,从图中看出:双缝衍射存在单缝衍射和多光束干涉的总效果。,多缝衍射 （光栅）,3、光栅衍射图样分析,定量分析,光栅方程,(1)主极大明纹,A.多光束干涉结果,明纹坐标值,最大衍射级次,相邻主极大明纹间距,d光栅常数,结 论：,(1)主极大明条纹位置由缝间干涉决定;,(3)相邻两级主极大的间距随光栅常数的减小而增大。,斜入射:,中央明纹:,B、单缝衍射的调制,(1)主极大光强受单缝衍射光强分布的调制;,缺级干涉极大、衍射极小的位置,(2)缺级现象,明纹不出现，发生缺级。,三、衍射光谱,1、光谱线:单色波经光栅衍射后产生的一组
6、细窄明亮的亮条纹。,2、光栅光谱:波长不同的同级谱线集合起来构成的一组谱线。,白光的光栅光谱,3、光栅光谱仪,四、干涉与衍射的区别和联系,在一般问题中，干涉和衍射两者的作用是同时存在的。,透射光栅分光计(已知a+b，测 求 ) 光栅摄谱仪,1、根本上讲,本质都是波的相干叠加的结果,只是参与相干叠加的对象不同；,2、都是明暗相间的条纹,但在光强分布函数上有所不同；,3、在处理问题的方法上,从物理角度看,考虑叠加时的中心问题都是位相差;从数学角度看,存在差别。,总之,干涉和衍射本质上统一、在形成条件、分布规律上有异,数学处理方法也略有不同,是紧密关联的同一类现象。,2-5 X射线的衍射,一、X射线
7、,1895年X射线由德国物理学家伦琴发现,它是一种电磁波,波长在0.4A-10A范围。,二、X射线的衍射,1912年,德国物理学家劳厄用单晶片作为衍射物观察X射线的衍射现象,在照相底片上得到一系列感光斑点劳厄斑点.,1.X射线衍射的实验装置,1913年英国布拉格父子提出了一种解释射线衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物理学诺贝尔奖.,掠射角,晶格常数,相邻两个晶面反射的两X射线干涉加强的条件,布拉格公式,入射波,散射波,用途 测量射线的波长研究X射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能.例如对大分子 DNA 晶体的成千张的X射线衍射照片的分析，显示出DNA分子的双螺旋结构.,布拉格公式,DNA 晶体的 X衍射照片,DNA 分子的 双螺旋结构 ,