大学物理光栅衍射.ppt

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1、1,菲涅耳波带法（半定量方法）,对应的单缝a被分为n个半波带,2,对应中央明纹中心,对应非明、暗纹中心的其余位置,3,4,5,计算衍射条纹线宽度,6,11-0 教学基本要求,11-1 光的相干性 光程,11-2 分波面干涉,11-3 分振幅干涉,4-0 第四章教学基本要求,11-4 光的衍射,第十一章 波动光学,4-0 第四章教学基本要求,11-5 衍射光栅,4-0 第四章教学基本要求,11-6 光的偏振,7,教学基本要求,一 了解获得相干光的方法，理解光程的概念以及光程差与相位差的关系，掌握光的干涉加强和减弱的条件.,二 掌握杨氏双缝干涉和薄膜等厚干涉条纹的分布规律，了解半波损失发生的条件，

2、了解劈尖干涉的应用.,*三 了解迈克尔逊干涉仪的工作原理和迈克尔逊莫雷实验.,四 了解惠更斯-菲涅尔原理，能用菲涅尔半波带法分析单缝夫琅禾费衍射条纹的分布规律，理解缝宽及波长对衍射条纹分布的影响.,五 了解光栅衍射条纹的形成及特点，理解并会应用光栅极大方程，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响，了解光栅衍射的应用.,*六 了解光栅方程的缺级现象，了解X射线的衍射及应用.,七 理解自然光、线偏振光和部分偏振光的特征及检验方法，理解马吕斯定律，理解布儒斯特定律，了解发射和折射时光的偏振的应用.,8,11-5 衍射光栅,预习要点光栅衍射条纹有哪些特点?注意关于光栅衍射条纹形成的分析.推导光栅

3、方程.什么是衍射光谱?光栅有哪些主要应用?,9,大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。,衍射光栅(透射光栅),反射光栅(闪耀光栅),从工作原理分:,11-5 光栅衍射,0.光栅与光栅常数,10,1.光栅衍射条纹分布及特征,L1,E,A：光栅,E：屏幕,A,L2,11,(1)条纹特征,1)明条纹细而亮，有较宽的暗区，N越大明纹越细。2)各级明纹亮度不同，有缺级现象。,单缝衍射条纹,光栅衍射谱线,12,各单缝分别同时产生单缝衍射注意：每一个单缝衍射的图样和位置都是一样的。,显然干涉条纹要受到衍射光的影响。,I,(2)衍射条纹的形成 光栅方程,各单缝衍射的平行光产生什么样的多光干涉？,

4、13,I,光栅衍射是N个（光栅总缝数）光程差依次相差=BC的光振动的叠加,14,用平行光垂直照射在光栅上，相邻两条缝同一衍射角的衍射光的光程差都相同。如果在某个方向上，相邻两光线光程差为k，则所有光线在该方向上都满足加强条件。,加强,光栅方程:,K=1,2,3.对应各级明纹主极大.,15,对N 缝干涉两主极大间有N-1个极小，N-2 个次极大。,随着N 的增大，主极大变得更为尖锐，且主极大间为暗背景,(3)光栅缝数对衍射条纹的影响,缝干涉强度分布,缝干涉强度分布,缝干涉强度分布,16,几种缝的光栅衍射,17,例：分光计作光栅实验，用波长=632.8 nm的激光照射光栅常数 d=1/300 mm

5、的光栅上，问最多能看到几条谱线。,解：在分光计上观察谱线，最大衍射角为 90,取,能观察到的谱线为11条：,18,1)光栅衍射是单缝衍射与多光束干涉合成的结果，光栅中各主极大受到单缝衍射光强的调制。,2)当光栅明纹处恰满足单缝衍射暗纹条件，该处光强为 0，出现缺级。,(4)缺级现象,单缝衍射减弱条件:,光栅衍射加强条件：,3)缺级条件,两式相比,19,m为整数时，光栅谱线中m、2m、3m等处缺级。,当 m=4 时,谱线中的第 8、4、4、8级条纹缺级。,20,综合：,如果只有衍射：,如果只有干涉：,干涉、衍射均有之：,21,例：一光栅，b=2a，则缺级的明纹：,故,22,1）光栅衍射条纹具有亮

6、、细、疏的特点。,亮-每一单缝出射的光强虽小，但N条单缝 的光强叠加起来，光能却大。,细-光栅的单缝数量很大，在两级明纹之间 在N-1个暗纹，占着很大的角宽度。,综述：,2）主要公式,23,当=-90o 时,当=90o 时,一束波长为 480 nm 的单色平行光，照射在每毫米内有600条刻痕的平面透射光栅上。,求,(1)光线垂直入射时，最多能看到第几级光谱？,(2)光线以 30o入射角入射时，最多能看到第几级光谱？,例,解,(1),(2),24,(2)斜入射时，可得到更高级次的光谱，提高分辨率。,(1)斜入射级次分布不对称,(3)垂直入射和斜入射相比，完整级次数不变。,(4)垂直入射和斜入射相比，缺级级次相同。,上题中垂直入射级数,斜入射级数,说明,25,A）d=a+b一定时，波长越大，衍射角越大。,B）当白色光入射光栅时，将产生彩色的衍射光谱。从中央到两则将出现由紫到红的光谱。,由光栅方程,由于光栅的分光作用，同级的不同颜色的明条纹将按波长顺序排列。称为光栅光谱。,2.光栅光谱,26,例题：已知波长=5000以=30照射到光栅常数d=2.5a=2m的光栅上，,27,考虑缺级：,屏中心 F 处,