第21讲-物理光学-4.4衍射-2013-5-12

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光的衍射现象PPT课件

(1)n1
An (P0 )]
1 2
Ak1(P0 )
(1)n1 An (P0 )
故，无论k是奇是偶，中心总是亮的
半波带法解释了圆孔、圆屏衍射的一些主要特征
第27页/共79页
3、矢量图解法
若圆孔内包含的不是整数个半波带，则需要对每个半波带进一步细化分。
对于第一个半波带
Nm M1
N2
N1
o
b
P0
第39页/共79页
它们是振幅相等的次波源，向多个方向发出次波。由于
接收屏位于L2的像方焦面上，角度相同的衍射线会
聚于同一点 P
设入射光与光轴平行，则在波面AB上无位相差，单缝上下边缘A、B到 P 的衍射线间的光程差为
L BN
设缝宽为a，则
L asin
如何求振动的合成？
第40页/共79页
（1）矢量图解法：
f (n ) 0,从而An 0
A(P0 )
1 2
A1 ( P0
)
自由传播时整个波前在 P0 产生的振幅是第一个半波带的效果之半
第25页/共79页
2）圆孔衍射：当孔的大小刚好等于第一个半波带时， A(P0 ) A1(P0 ),即中心是亮点若孔中包含两个半波带时， A(P0 ) A1(P0 ) A2 (P0 ) 0,即中心是暗点
由A点作一系列等长的小矢量首尾相接，逐个转过一个相同的角度，最后到达B点。
C
R
B
R
A
共转过的角度为：
A
2 L 2 a sin
A 单缝衍射的矢量图解
A0
A：波前S对P处振动的贡献，取S 0，则小矢量 A连成的
折线化为圆弧，弧中心为C点,半径为R，圆心角为2

《光的衍射》课件

衍射角与衍射波
解释衍射时涉及的角度概念，并介绍衍射波在空间中的传播。
衍射的公式及其推导
给出衍射的数学公式及其推导过程，以便更好地理解和计算衍射现象。
衍射的应用
衍射在各领域中的应用
探索衍射在光学、声学和无线通信等领域中的应用，例如光栅、衍射光学等。
衍射仪器的应用介绍
介绍一些常见的衍射仪器，如衍射光栅、衍射望远镜等，并说明其原理和用途。
《光的衍射》PPT课件
欢迎来到《光的衍射》的PPT课件，本课程将带您深入了解光的衍射现象，并探讨其背后的物理原理和应用。让我们一起开始这个光学之旅吧！
简介
光的基本概念回顾
回顾光的基本概念，包括光是一种电磁波、光的传播速度等。
衍射的定义及其背后的物理原理
解释衍射的定义，并介绍光波在衍射现象中的传播和干涉。
本次课程的目的及重点
概述本课程的目的，并强调将重点讲解衍射的基本概念、数学表示和应用。
光的传播
光的直线传播
讨论光线在真空和均匀介质中的直线传播特性。
光的波动性及其对光传播的影响
探究光的波动性质以及对光传播、衍射和干涉等现象的影响。光 Nhomakorabea干涉现象
介绍光的干涉现象、干涉条纹和构成干涉的条件。
衍射的基本概念
总结本次课程对学生对物理学学习的启示和意义，鼓励他们深入探索更多的物理现象。
衍射技术的未来发展方向
展望衍射技术未来的发展方向，包括新型材料的应用和衍射技术在纳米尺度的应用。
总结
1 本次课程中学到的知识回顾
回顾本次课程中涉及的光的衍射的基本概念、数学表示以及应用。
2 衍射在光学研究中的重要性
强调衍射在光学研究中的重要性，并其在科学和工程领域的广泛应用。

物理光学课件第四章光的衍射2

右图示：将一个半波带分为10个子
带时的振幅矢量图，倾斜因子使得
子带的振幅逐渐减少。
Fa-Qiang Wang
7
图示：两个半周期带的迭加： E PE 1 E 2E 1E 2
Fa-Qiang Wang
8
左： m = 奇数个半周期带；
EP
E1 2
Em 2
右：m = 偶数个半周期带
EP
E1 2
Em 2
EP
En 2
18
轴外点的光强的变化情况与圆孔的衍Wang
19
4-4-4. Babinet 原理（Babinet’s Principle）
互补屏：一个衍射屏的透明区对应于另一个衍射屏的
不透明区，反之亦然时，两个屏为互补屏。
---- 例如大小相同的圆孔和圆屏。
17
显然圆屏越大，或 P点离圆屏越近，
n 越大
|En|越小
P处的亮度越暗，呈单调下降，与圆孔衍射不同。
如果圆屏不大或P离圆屏较远，使得n不大时，P处较亮形成暗背景花样上的亮点 ---- Poisson点
如n=2时，则
EP
E2 2
E1 2
P处的亮度与无圆屏时一样!!!
Fa-Qiang Wang
E P E n E n 1 E n 2 E n 3 E m
En Em 22
m-n = 奇数时，取正号； m-n = 偶数时，取负号。
实际上，圆屏外没有遮挡，所以m
EP
En 2
IP
In 4
即轴上点P处的振幅为未被圆屏挡住的第一个半周期带的贡献的一半。
Fa-Qiang Wang
以PO为对称轴形成圆对称衍射花样
Fa-Qiang Wang

光学基础知识：光的反射、折射、衍射

光学基础知识：光的反射、折射、衍射光的传播可以归结为三个实验定律：直线传播定律、反射定律和折射定律。

【光的直线传播定律】：光在均匀介质中沿直线传播。

在非均匀介质种光线将因折射而弯曲，这种现象经常发生在大气中，比如海市蜃楼现象，就是由于光线在密度不均匀的大气中折射而引起的。

【费马定律】：当一束光线在真空或空气中传播时，由介质1投射到与介质2的分界面上时，在一般情况下将分解成两束光线：反射(reflection)光线和折射(refraction)光线。

光线的反射光线的反射取决于物体的表面性质。

如果物体表面(反射面)是均匀的，类似镜面一样(称为理想的反射面)，那么就是全反射，将遵循下列的反射定律，也称“镜面反射”。

入射光线、反射光线和折射光线与界面法线在同一平面里，所形成的夹角分别称为入射角、反射角和折射角。

【反射定律】：反射角等于入射角。

i = i'对于理想的反射面而言，镜面表面亮度取决于视点，观察角度不同，表面亮度也不同。

当反射面不均匀时，将发生漫反射。

其特点是入射光线与反射光线不满足反射定律。

一个理想的漫射面将入射光线在各个方向做均匀反射，其亮度与视点无关，是个常量。

光线的折射一些透明/半透明物体允许光线全部/部分地穿透它们，这种光线称为透射光线。

当光线从一种介质(比如空气)以某个角度(垂直情形除外)入射到另外一种具有不同光学性质的介质(比如玻璃镜片)中时，其界面方向会改变，就是会产生光线的折射现象。

光的折射是由于光在不同介质的传播速度不同而引起的。

光线折射满足下列折射定律：入射角的正弦与折射角的正弦之比与两个角度无关，仅取决于两种不同介质的性质和光的波长，【折射定律】：n1 sin i = n2 sin r任何介质相对于真空的折射率，称为该介质的绝对折射率，简称折射率(Index of refraction)。

对于一般光学玻璃，可以近似地认为以空气的折射率来代替绝对折射率。

公式中n1和n2分别表示两种介质的折射率。

大学物理课件-光的衍射

kmax
ab
2 106 5.9 107
3.4
kmax 3 最多能看到第三級譜線
[2]斜入射時：
i
j (a b)(sinj sin i ) k
最大級次滿足：
(a b)(sin900 sin 300) kmax
(a b) 3 2 106 3
kmax
2
2 5.9 107
5.1
B
2
（3）條紋寬度
暗條紋到中心的距離為：
l
xk sinjk f jk f
f k
a
x1 l0
中央明紋寬度：l0
2x1
2
f
a
xk
其他明紋寬度：l
（4）白光衍射
xk1
xk
f
a
白光照射時，中央為白色條紋，兩側對
稱排列形成彩色條紋。
15.3 光柵衍射(grating diffraction)
一、衍射光柵
[2]第一明紋寬度,兩個第三級暗紋距離;
解：[1]
a sin j (2k 1)
P
j
sin j
2
tgj
x
a=1.0mm
O
f
則有：
f=100cm
(2k 1)λf
x 1max
2a
7.5 10 4 m
由暗紋公式： a sin j k
k 3
x3min
kλf a
1.5 10 3 m
[2]第一級明紋寬度是
條紋重合說明j相同則有
( 2k'1)' ( 2k 1)
代入得：
λ 2k 1 λ 45001010m (2k 1)
0
0

2024版大学物理光的衍射课件

圆孔衍射
实验装置与原理
圆孔衍射实验采用圆形小孔作为分波前装置，当单色光波通过圆孔时，会在屏幕上形成明暗相间的衍射环。实验装置包括光源、圆孔、屏幕等部分。
衍射环特点
圆孔衍射环呈现中间亮、外围暗的特点。亮环的半径随着衍射角的增大而减小，暗环则相反。环的间距与圆孔直径、光波长以及观察距离有关。
衍射公式与计算
光谱分辨率
光谱分辨率是指光谱仪器能够分辨的最小波长间隔。光栅作为分光元件，其光谱分辨率取决于光栅常数、入射光波长和观测角度等因素。
多缝干涉与衍射光栅
多缝干涉
当多个相干光源发出的光波在空间某一点叠加时，会产生多缝干涉现象。在衍射光栅中，透光缝相当于多个相干光源，因此衍射光栅可以产生多缝干涉现象。
X射线衍射在材料科学中的应用
物相分析
通过X射线衍射可以确定材料的物相组成，即材料中各种晶体的类型和含量。这对于研究材料的性能和应用具有重要意义。
晶体结构研究
X射线衍射是研究晶体结构的重要手段之一。通过分析衍射数据，可以揭示晶体中原子的排列方式和化学键的性质，进而深入了解材料的物理和化学性质。
材料性能表征
X射线衍射还可以用于表征材料的各种性能，如晶体取向、晶格畸变、内应力等。这些信息对于优化材料的制备工艺和提高材料性能具有重要指导作用。
05
激光全息与光学信息处理
全息照相原理及特点
原理
全息照相是利用激光的相干性，通过记录物体反射或透射光波与参考光波干涉形成的全息图，再经过再现过程，得到物体的三维立体像。
根据基尔霍夫衍射理论，可以推导出圆孔衍射的公式，用于计算衍射环的位置和强度分布。同时，也可以利用该公式分析圆孔直径、光源波长等因素对衍射环的影响。

《物理光学》第5章,光的衍射

相邻两个零强度点之间的距离: x 所以中央亮斑边界的坐标有: 中央亮斑对应的半角宽度：x来自 x2 x1
f
a
a
f

a
(关于Y轴上的强度分布，与x轴的讨论方法同，结果也相似)。
3) 次极大位置
相邻两个零强度点间有一个强度次级大位置，由下式决定：
作出 f ( ) tg 的曲线和 f ( ) 的直线，它们的交点即是各级次极大位置对应的α。
——惠更斯－菲涅尔原理的数学推广表达式
菲涅尔理论有不完善的地方，如C没有具体形式，K(θ )的
出现没有理论依据等。后来，基尔霍夫弥补了菲涅尔理论的
不足,他从波动方程出发，用场论的数学工具导出了比较严格的公式。
3、菲涅尔-基尔霍夫衍射公式（单色球面波照射）：
1 ~ E P i

Aeikl l
菲涅耳近似所确定的近场衍射称为菲涅耳衍射区。则P点:
e ~ ~ E ( x, y) E ( x1, y1 ) e iz
ikz
ik [( x x1 ) 2 ( y y1 ) 2 ] 2z
dx1dy1
三、夫琅禾费近似将观察屏移远,增大z，在菲涅尔近似的基础上做进一步的处理，第4项对位相的贡献远小π，即：
胡冬梅南阳理工学院第5章光的衍射51惠更斯菲涅尔原理53菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射54矩孔和单缝的夫琅禾费衍射55圆孔的夫琅禾费衍射56光学成像系统的衍射和分辨本领58多缝夫琅禾费衍射59衍射光栅光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物时会偏离原来的传播方向弯入障碍物的几何阴影区并在几何阴影区和几何照明区内形成光强的不均匀分布的现象
ik[(
xx1 yy1 ) z z

高中物理选择性必修一《光的衍射》教学课件

蓝光单缝宽 0.4mm
P104-105
蜡烛照到可调节孔大小的挡板上，光屏上会出现什么图样？这是为什么呢？
孔较大时，屏上形成类似孔的亮斑，这是光沿直线传播的结果.
孔较小时，屏上形成烛焰的倒像(小孔成像).
孔再变小呢？
圆孔衍射
S
圆孔衍射图样： ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布明暗相间同心圆环，越靠外亮度越弱
②孔↓，中央亮斑↑，亮度↓ ③λ ↑ ，中央亮斑↑
在光束中放一个不透明小圆盘，会出现什么现象？
圆板衍射
现象：在不透明小圆盘的阴影后面，出现了一个亮斑——泊松亮斑.
圆板衍射图样：中央是亮斑(泊松亮斑比圆孔衍射的中心亮斑小)，圆板阴影边缘模糊，阴影外有明暗相间的不等间距的圆环.
P105
衍射原因
发生明显衍射现象的条件
1.光通过狭缝时会产生明显的衍射现象，光通过比较宽的缝隙时我们看到“光沿直线传播”，此时光是不是就不发生衍射了？不是. 狭缝较宽时，仍有衍射，只是不明显.
2.衍射条纹产生的实质是什么？当光照射到小孔或障碍物时，小孔处或障碍物的边缘可看成许多点光源，这些点光源是相干光源，发出的光相互干涉，形成明暗相间的条纹.所以说衍射中有干涉，干涉中也有衍射.
P105
N=1 N=2 N=3
N=4பைடு நூலகம்
缝数增加宽度变窄亮度增加
光的衍射
目标一：光的衍射
1.发生明显衍射的条件
2．三种衍射
当狭缝或障碍物的尺寸足够小的时候
单缝衍射
圆孔衍射圆板衍射
目标二：衍射光栅
1．透射光栅 2．反射光栅
作业
P104
单缝激光束调节狭缝宽窄

高中物理选修一新课改讲义 21 A光的衍射光的偏振激光基础版

光的衍射光的偏振激光知识点：光的衍射光的偏振激光一、光的衍射1．用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方．这就是光的衍射现象．2．各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹．3．发生明显衍射现象的条件：在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象十分明显．二、衍射光栅1．构成：由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学元件．2．增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加．3．种类：透射光栅和反射光栅．三、偏振1．偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同，这种现象称为“偏振现象”，横波的振动方向称为“偏振方向”．2．光的偏振(1)偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”．(2)自然光和偏振光①自然光：太阳、日光灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同．这种光是“自然光”．②偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动，这种光叫作偏振光．(3)光的偏振现象说明光是一种横波．四、激光的特点及其应用技巧点拨一、光的衍射三种衍射图样的特点1．单缝衍射(1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹．(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大．2.圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环．如图所示．图(1)中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小．(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．3．圆板衍射(泊松亮斑)(1)若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．衍射图样如图所示．图(2)中央是亮斑，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环．二、单缝衍射与双缝干涉的比较1．不同点(1)产生条件⎩⎪⎨⎪⎧单缝衍射：狭缝足够小(发生明显衍射)双缝干涉：频率相同的两列光波相遇叠加 (2)图样⎩⎪⎨⎪⎧ 单缝衍射的图样是中央为最宽最亮的亮条纹，两侧亮条纹变暗变窄双缝干涉的图样是亮度相同的等间距的条纹2．相同点 (1)都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或减弱的结果．(2)都是波特有的现象，表明光是一种波．三、光的偏振1．透振方向：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”．2．光的偏振现象表明光是一种横波．3．自然光与偏振光的比较1．激光的产生激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉．激光是人工产生的相干光．2．激光的特点(1)激光是人工产生的相干光，其单色性好、相干性好．用激光做衍射、干涉实验，效果很好．(2)激光的平行度好，从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光．传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围．(3)亮度高．激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．例题精练1．（淮安模拟）如图所示为各种波动现象所形成的图样，下列说法正确的是（）A．甲为光的圆盘衍射图样B．乙为光的薄膜干涉图样C．丙为光的圆盘衍射图样D．丁为电子束穿过铝箔后的衍射图样2．（如皋市校级模拟）某同学用红光做实验，拍摄到屏上亮条纹的照片如图甲、乙所示，则该同学做的是（）A．单缝衍射实验，甲图中单缝的宽度小B．单缝衍射实验，乙图中单缝的宽度小C．双缝干涉实验，甲图中双缝到屏的距离大D．双缝干涉实验，乙图中双缝到屏的距离大随堂练习1．（和平区校级二模）关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是（）A．光的偏振现象并不罕见，电子表的液晶显示就用到了偏振光B．双筒望远镜中使用的棱镱利用了光的折射原理，与平面镜相比，它具有反射率高失真小的优点C．激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性，这一特点正好可以用来进行精确测距D．一束单色光从空气进入水中，波长将变短，其颜色也将发生变化，利用这一特点，工人们制作了海河岸边的景观灯2．（海淀区模拟）关于自然光和偏振光，以下说法正确的是（）A．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同B．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光C．垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光是偏振光D．太阳、电灯等普通光源发出的光都是偏振光3．（辽宁模拟）有关波的干涉和衍射现象，下列说法正确的是（）A．电磁波可以发生衍射现象和偏振现象B．无论什么波，只要振幅足够大就可以产生明显的衍射现象C．只要两列波叠加，都能产生稳定的干涉D．只要是波都能发生衍射，波长比障碍物或孔的宽度大得多时衍射不明显4．（六合区校级期中）某同学希望在暗室中用如图实验装置观察光现象：平面镜水平放置，单色线光源S垂直于纸面放置，S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的光屏上，一部分通过平面镜反射后射再到光屏上，如图为某一条光线的光路图，则（）A．光现象为偏振现象B．光现象为衍射现象C．光屏上的条纹与镜面平行D．光屏上是明暗相间的彩色条纹综合练习一．选择题（共15小题）1．（南阳期中）下列说法中正确的是（）A．荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于光的折射B．将双缝干涉实验中的双缝间距调小会导致干涉条纹间距变小C．生活中不容易观察到光的衍射现象是因为光的波长太短D．当观察者向声源运动时，观察者听到的声音的频率变小2．（杨浦区校级期中）如图所示的实验装置，光屏上出现的图像是（）A．B．C．D．3．（朝阳区一模）抽制高强度纤维细丝时可用激光监测其粗细。

大学物理课件13光的衍射

该原理可以解释光的直线传播、反射、折射等现象，是光学和波动理论中的重要原理之一。
衍射的几何理论
01
衍射的几何理论是通过几何方法来研究光波传播的基本规律，包括光线的传播、反射、折射等。
02
该理论基于几何光学的基本假设，即光沿直线传播，且光速不变。
衍射的波动理论
衍射的波动理论是研究光波在空间中传播的基本规律，包括光波的干涉、衍射等现象。
波动方程
首先建立光源发出的光波波动方程。
惠更斯-菲涅尔原理
应用惠更斯-菲涅尔原理，分析光波通过圆孔后的衍射情况。
基尔霍夫衍射理论
应用基尔霍夫衍射理论，推导出圆孔衍射的数学公式。
公式推导
通过数学推导，得出圆孔衍射的强度分布公式和衍射条纹的角度分布公式。
05 光的双缝干涉与衍射
双缝干涉与衍射的实验装置
光源
双缝装置
选择单色性好的激光光源，确保光波的相干性。
设置两个平行且相距一定距离的小缝，用于产生相干光束。
屏幕
光路调整
放置在双缝装置的后面，用于观察干涉和衍射条纹。
确保光束垂直照射在双缝上，并使屏幕与双缝平行。
双缝干涉与衍射的实验结果
干涉条纹
在屏幕上出现明暗相间的干涉条纹，条纹间距与光波长和双缝间距有关。
单缝衍射的实验结果
中央亮条纹
光通过单缝后，会在屏幕中央形成最亮条纹。
两侧衍射条纹
在中央亮条纹两侧，出现对称的衍射条纹。
条纹宽度与单缝宽度的关系
单缝越窄，条纹越宽，衍射现象越明显。
单缝衍射的数学公式推导
波动理论
01
光波在传播过程中遇到障碍物时，会产生衍射现象。
惠更斯-菲涅尔原理

光的衍射问题PPT课件

2
sintg x
f
k bx 1 3
f 2
(b)当k=3时， bsin(2k1)7
22
狭缝处波阵面可分成7个半波带。
.
19
➢注意：
单缝衍射：
bsin
2k
2
k1,2 , 暗
扬氏双缝干涉： d sin 2k k0,1 ,明
2
➢干涉与衍射的区别与联系
1、从根本上讲，都是波的相干叠加，没
有原则区别。
n
bsin2kk干涉相消（暗纹）
bsin(2k2 1) 干涉加强（明纹）
2
lk1f
kf
f
b
除了中央明纹外的其他明纹、暗纹的宽度
2、夫琅禾费单缝衍射讨论：下面单缝衍射图中，各条入射光线间距相等，问：（1）光线 1 与 3 在幕上 P 点相遇时, 两光振动的相位差是多少？（2）P 点是明还是暗？
b
1
3
缝长
5
答：（1） 1，3光线在P 点相遇时, 两光振
动的位相差为 2π .
R
1
3
P
5
o
2
bsin 2k
2
（2） P 点是暗点.
2、夫琅禾费单缝衍射
例1 一单色平行光垂直入射一单缝，其衍射第
三级明纹位置恰好与波长为 600 nm 的单色光垂直入
射该缝时衍射的第二级明纹位置重合，试求该单色光
的波长. 解
角范围 sin 线范围 f xf
b
b
b
b
中央明纹的宽度
l0
2x1
2 b
f
2、夫琅禾费单缝衍射单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？
2、夫琅禾费单缝衍射单缝实验（缝宽度变化对条纹的影响）

衍射ppt课件

2K
2 (2K
1)
2
（UB~(） )积分 K法f ：( )求U~(rQI单) e(ik)r
Q1
r d
n
P
衍射实质—无数子波旳相干叠加
2. 数学表达
设：波面有：d 1 ， d 2 d i 个面元
面上次波源 : 它们在P点振动 :
du~（1 p），du~（2 p）du~（i p）
P点的合振动：u~合( p) du~1 du~2 du~i
1
P点的合振动：U合 ( p) dU (P)
b b 2
k 1
S
b
O
P
(4)用惠--菲原理分析每个带旳Ai(P0):
u~( p0 )
Kf
(
)u~
(Q
i
)e
p
d
r
分析:
Ak (P0 ) u~(Q) （对各带是常量）
f ( ) 不同带f ( )不同, k , , f ( )
d 对各带是常量 r
d
R
球冠面积 i 2 R2 (1 cos )
2
P
0
1
U~( p )
Kf
(
)u~0( Q
)
e ikr rp
d
其中K i 1
1.3 衍射巴俾涅原理—
互补屏（a）（b）如下：
+
=
自由空间
透光部分 a b 0
衍射场 U~a ( p) U~b ( p) U~0 ( p)
一种屏旳衍射场+互补屏旳衍射场=自由屏衍射场
结论：一对互补屏旳衍射场旳复振幅之和=自由场复振幅
LAB
a
sin
(
2K

人教版高中物理课件-光的衍射

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5.光的衍射
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重难聚焦
HONGNANJUJIAO
典例透析
IANLITOUXI
用單色光照射小孔,隨著圓孔的逐漸減小,屏上先後有何變化?
提示:圓形亮斑→光源倒立的像(小孔成像)→明暗相間的圓環(衍
射圖樣)。
3.產生明顯衍射現象的條件
在障礙物或小孔的尺寸可以跟光的波長相比,甚至比光的波長還
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5.光的衍射類型一類型二
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典例透析
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解析:當單縫寬度一定時,波長越長,衍射現象越明顯,即光偏離直線傳播的路徑越遠,條紋間距也越大;當光的波長一定時,單縫寬度越小,衍射現象越明顯,條紋間距越大;光的波長一定、單縫寬度也一定時,增大單縫到屏的距離,衍射條紋間距也會變寬,故選項A、C、 D正確。
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5.光的衍射
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典例透析
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一二三
一、光的直線傳播是一種特殊情況光的直線傳播是一種特殊情況,具體從以下兩個方面去理解: 1.多數情況下,光照到較大的障礙物或小孔上時是按沿直線傳播的規律傳播的,在它們的後面留下陰影或光斑。如果障礙物、縫或小孔都小到與照射光的波長差不多或更小時,光就表現出明顯的衍射現象,在它們的後面形成泊松亮斑、明暗相間的條紋或圓環。 2.光是一種波,衍射是它基本的傳播方式,但在一般情況下,由於障礙物都比較大(比起光的波長來說),衍射現象很不明顯。光的傳播可近似地看作是沿直線傳播。所以,光的直線傳播只是特殊情況。特別警示衍射是波特有的一種現象,光是一種波,所以會發生衍射, 只是有的明顯,有的不明顯而已。

大学物理--第二章--光的衍射

缝平面透镜L a
p · 0
f
解：(1) 中央明纹的宽度
6 107 3 x 2 f 2 0.4 0 . 8 10 (m) 3 a 0.6 10
(2)根据单缝衍射的明纹位置公式

1 k ax / f x ( 2k 1) f， k 1,2,3 … 2a 2 3 3 7 0.6 10 1.4 10 / 0.4 6 10 1 / 2 3 P点所在位置为第三级明条纹，
微向上平移时，屏幕上的衍射图样。 (A)向上平移； (C)不动； (B) 向下平移； (D)条纹间距变大。

L
C
S
例.若有一波长为 =600nm 的单色平行光，垂直入射到缝宽 a =0.6mm 的单缝上，缝后有一焦距 f = 40 cm 透镜。试求：（1）屏上中央明纹的宽度; （2）若在屏上 P 点观察到一明纹，op=1.4mm 问 P 点处是第几级明纹，对 P 点而言狭缝处波面可分成几个半波带？观察屏
D 分辨本领 R 1.22
1
D R
望远镜：不可选择，可 D R
显微镜： D不会很大，可 R 电子显微镜l～10-3 nm,最小分辨距离10-1 nm,放大倍数可达几万～几百万倍。
在夫琅和费单缝衍射中，对于给定的入射光，当缝宽度变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹。
A
S2¤
§4
一. 光栅
光栅衍射
1. 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。广义上，任何装置，只要能起到等宽 2. 种类：
等间隔地分割波阵面的作用，均为衍射光栅。
透射光栅反射光栅
3. 结构：

大学物理光的衍射(老师课件)

圆屏衍射
刀片的衍射
门缝里看人一定是扁的吗？
2、衍射的分类根据光源、衍射缝（孔）、屏三者位置，把衍射分为
菲涅耳衍射(近场衍射）夫琅禾费衍射（远场衍射）
S
缝
P
缝
可用透镜实现
光源、屏与缝相距有限远在夫实琅验禾中费实衍现射
光源、屏与缝相距无限远
S
L1
R
L2
P
光通过小孔的衍射
几何投影区
菲涅耳衍射区
缝平面透镜L 透镜L B S a f Aδ 观察屏
·
0
Q
S: 单色光源）
f
AB a(缝宽)
将单缝处波面看作无穷多个相干(子) 波源 Q点的明暗是 (无穷)多光束干涉的结果
缝的边缘A、B 两点发出的到达点Q的光程差为：
a sin
首先容易确定：
答：⑴单缝上移衍射 0 光束向上平移衍 Aδ 射角不变衍射光 f 束经透镜聚焦到屏 f 幕上的位置不变条纹位置不变. ⑵透镜上移衍射光束经透镜聚焦到屏幕上的位置也随之上移条纹向上平移.
S *
a

例：在单缝夫琅和费衍射实验中，垂直入射的光有两种波长， λ 1=400nm ， λ 2=760nm 。已知单缝宽度 a=1.0×10-2cm ，透镜焦距 f=50cm 。求两种光第二级衍射明纹中心之间的距离。 [解 ]：由明纹条件：
2
任一衍射角θ处的强度可用中央亮纹强度来表示
四、光强分布 I ( )
I0
1) 主极大:
sin 2 —单缝衍 π a sin ( ) 射因子
I= I0 = Imax 中央明纹
0 处,
2) 暗纹中心: 当 = kπ, 3) 次极大: 当 tan

大学物理光的衍射

波导型器件
利用光的衍射原理，在光纤通信中实现光信号的传输、调制和检测等功能。
阵列波导光栅（AWG）
用于光纤通信网络中，实现多路光信号的复用和解复用。
衍射光栅
用于波分复用（WDM）系统中，将不同波长的光信号分离或合成。
应用领域
光纤通信、光网络、数据中心等。
微型显示技术中衍射元件
微型显示技术
利用衍射元件实现微型化、高清晰度的显示技术，如头戴式显示器（HMD）、智能手机等。
02
典型衍射实验及观察
单缝衍射实验
实验装置
包括单色光源、单缝、屏幕等部分。
光源要求
需要使用单色光，因为不同波长的光在衍射时产生的干涉图样不同，单色光可保证实验结果的准确性。
单缝要求
单缝宽度要远小于光的波长，这样才能产生明显的衍射现象。
观察结果
在屏幕上可以观察到明暗相间的衍射条纹，中央条纹最亮，两侧
波动理论与衍射
波动理论
光具有波动性质，可以看作是一种电磁波。光的衍射现象可以用波动理论来解释。
衍射的解释
当光波遇到障碍物或小孔时，障碍物或小孔的尺寸与光波的波长相当或更小时，光波会发生明显的衍射现象。这是因为光波在障碍物或小孔的边缘处发生弯曲，使得光波的传播方向发生改变。
惠更斯-菲涅尔原理
惠更斯-菲涅尔原理
衍射光学与计算光学的融合
随着计算机技术的不断发展，计算光学在衍射光学中的应用将越来越广泛。未来，衍射光学与计算光学的融合将成为光学领域的重要发展趋势，为光学设计和制造带来更多的可能性。
THANKS
感谢观看
条纹依次递减。
双缝干涉与衍射比较
实验装置
双缝干涉实验与衍射实验装置类似，只是在单缝处改为双缝。

《高三物理光的衍射》课件

《高三物理光的衍射》 PPT课件
本PPT课件将介绍高三物理光的衍射知识，并深入探讨衍射的定义、条件、分类、应用以及计算方法，展望衍射技术的未来发展。
什么是衍射
衍射是光波遇到缝隙或障碍物时的传播现象，它是一种波动性质的体现。衍射实验中的典型现象包括菲涅耳衍射和菲涅耳-柯西衍射。
衍射的条件
衍射的发生需要光具有波动性质，并满足一定的条件。其中，衍射的波动性质是指光能够以波的形式传播和干涉。
衍射的分类
根据不同的衍射条件和实验情况，衍射可以分为束缚衍射、自由衍射和物体衍射。每种分类在不同情境下具有不同的特点和现象。
衍射的应用
衍射在许多领域都有广泛的应用。例如，它在光学仪器中的使用、光学信息传输、天文学观测和激光技术等方面发挥着重要作用。
衍射的计算方法
对于单缝衍射和双缝衍射，我们可以使用一些计算公式来描述衍射的特点和现象。在计算过程中需要注意一些问题和假设条件。
Байду номын сангаас
衍射的展望
当前的衍射技术已经取得了许多重要的成果，而未来的发展趋势预示着衍射技术将继续在光学、通信和材料科学等领域发挥重要作用。
结束语
通过本次课程，我们对高三物理光的衍射有了更深入的了解。总结本次课程，并提出一些深化思考的问题，以加深对衍射原理的理解和应用。

光的衍射现象

的结果。
有限个分立相干波叠加 —— 干涉无限多个连续分布子波源相干叠加 —— 衍射
17-6
夫琅禾费单缝衍射
单缝夫琅禾费衍射
R
a
A
衍射角
L
f
P
Q
o
B
C
asin
（衍射角：向上为正，向下为负）
asin m 菲涅耳半波带法 BC 2

一. 半波带法
a
缝长
A
B
R

L
P
A
A1
二. 光强分布
a sin 2 k k 干涉相消（暗纹） 2

a sin (2 k 1 ) 2

干涉加强（明纹）
I
3 a
2 a
a
o
a
2 a
3 a
sin
三. 条纹线宽度与角宽度
2 中央明纹线宽度 x f a 中央明纹角宽度 0 2
单缝衍射
光栅衍射
三、光栅方程
(a b )sin
屏
x
f 光栅衍射明条纹位置满足：
( a b ) sin k
k=0,±1, ±2, ±3 · · ·
几点讨论:
a b ) sin k ( k 0 , 1 , 2 , ) 光强分布 (

I
3 2
注意：
双缝干涉、单缝衍射明暗纹条件刚好相反。双缝干涉中

k
(2k 1)
(2k 1)
明

2
k 0 、 1 、 2 、
暗明暗
单缝衍射中

2