光的衍射
光的衍射
单缝衍射
P只要有两者为有限远.即近 只要有两者为有限远. 场衍射
衍射屏R 衍射屏 观察屏P 观察屏 S
2.单缝衍射 §2.单缝衍射 一.实验装置 二.衍射条纹 衍射条纹 明纹等间距 中央明纹宽度是其它明 纹的两倍 三.理论分析(菲涅耳 理论分析( 半波带法) 半波带法) 1.狭缝 作为子波源 子 狭缝a 作为子波源.子 狭缝 波在L的焦平面上相遇 波在 的焦平面上相遇 而干涉. 而干涉
4
如图,设波阵面面元 在 如图 设波阵面面元dS在 设波阵面面元 距离为r 处产生的光矢 距离为 的P处产生的光矢 量为dE 量为
表述: 表述 : 波传到的任何一点 都可看作发射子波的波源, 都可看作发射子波的波源, K(θ)随θ增大而减小 θ 随 增大而减小. 从同一波阵面上各点发射 π 的子波在空间某点相遇而 的子波在空间某点相遇而 θ≥ K(θ ) = 0 2 相干叠加, 相干叠加,决定该点波的光强 a(Q) ⋅ K(θ ) 2π r E( p) = ∫∫s ) ⋅ dS ⋅ cos(ω t − . n r λ dE(p) θ r = E0( p) ⋅ cos(ω t + ϕ p) ) （ dS · ·
可将缝分成三个“ 可将缝分成三个 “ 半波 带 ” ,P 处近似为明纹中 心
B a A λ/2 λ/2
λ/2
θ
a
把光程差δ分为的半波长 把光程差 分为的半波长 λ/2倍数进行分析 倍数进行分析. 倍数进行分析 两个“半波带” 为两个“半波带”
B θ
a sinθ = λ 时，可将缝分
两个“半波带”上发的 光在 P 处干涉相消形成暗 纹.
14
a sinθ = 0
2λ 角宽度 ∆θ = 2θ = a
高中物理：光的衍射
高中物理：光的衍射
【知识点的认识】
一、光的衍射
1．光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象叫光的衍射．
2．发生明显衍射的条件：只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象．
3．泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑（在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环）．
4．常见的衍射现象有单缝衍射，圆孔衍射和泊松亮斑等．
5．单缝衍射图样特点：若是单色光，则中央条纹最宽最亮，两侧为不等间隔的明暗相间的条纹，其亮度和宽度依次减小；若是白光则中央为白色亮条纹，且最宽最亮，两边为彩色条纹．
【解题方法点拨】
衍射与干涉的比较
两种现象
比较项目
单缝衍射双缝干涉
不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最
宽
条纹宽度相等
条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距
亮度情况中央条纹最亮，两边变
暗条纹清晰，亮度基本相
等
相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；
干涉、衍射都有明暗相间的条纹
（1）白光发生光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同．
（2）区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．
2．干涉与衍射的本质：光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，从本质上讲，衍射条纹的形成与干涉条纹的形成具有相似的原理．在衍射现象中，可以认为从单缝通过两列或
多列频率相同的光波，它们在屏上叠加形成单缝衍射条纹．。
什么是光的衍射
什么是光的衍射光的衍射是一种光线在通过物体边缘或孔隙时发生偏折和扩散的现象。
它是光学中的基本现象之一，具有重要的科学和应用价值。
光的衍射现象在自然界和人类生活中随处可见，如彩虹、干涉条纹和人眼的成像等。
现在让我们来深入了解光的衍射，并探讨其原理和应用。
一、光的衍射原理光的衍射现象是由于光是一种波动现象而产生的。
根据波动理论，当光波碰到一些遮挡物、边缘或孔隙时，波面会发生变化，导致光线的传播方向发生偏转。
这种波动的现象称为光的衍射。
光的衍射现象发生的重要条件是，衍射物的尺寸与光的波长相当或者更小。
二、光的衍射类型光的衍射可分为两种类型：菲涅尔衍射和菲拉格朗日衍射。
1. 菲涅尔衍射：菲涅尔衍射是指当光线通过一个有规则的缝隙或遮挡物时产生的衍射现象。
在菲涅尔衍射中，光线从波的超前部分和滞后部分发出，形成交替的亮暗带。
这种衍射现象常见于天空的颜色变化、水面波纹和薄膜的彩虹等。
2. 菲拉格朗日衍射：菲拉格朗日衍射是指当光线通过一个孔隙或物体边缘时产生的衍射现象。
在菲拉格朗日衍射中，光线从边缘扩散并发生干涉，形成明暗交替的条纹。
这种衍射现象常见于干涉仪、衍射光栅和光学显微镜等。
三、光的衍射应用光的衍射在科学研究和实际应用领域有广泛的应用价值。
1. 衍射光栅：光的衍射光栅是一种利用光的衍射现象制造的光学元件。
它由许多平行的刻线组成，当光线通过光栅时会发生衍射效应，产生一系列干涉条纹。
衍射光栅广泛应用于光谱分析、激光器、干涉仪和光学通信等领域。
2. 显微镜：光学显微镜利用光的衍射原理来观察微小物体。
当被观察的物体放置在显微镜下时，光线通过物体的边缘或孔隙发生衍射，使得物体的细节可见。
光学显微镜在生物学、医学、材料科学和纳米技术等领域中得到广泛应用。
3. 激光干涉：激光干涉是利用光的衍射和干涉现象来测量物体表面形貌和薄膜厚度的一种方法。
通过利用激光束的波动特性，可以通过测量衍射和干涉条纹的形状和间距来获取物体的形貌信息。
光的衍射
�
(A) )
(B) )
(C) )
(1)试指出这三个孔的可能形状. )试指出这三个孔的可能形状. (2)试根据以上三图说明衍射图象与障碍物(或孔)的形 )试根据以上三图说明衍射图象与障碍物(或孔) 状有无关系. 状有无关系. 的双螺旋结构, (3)DNA的双螺旋结构,是物理化学家弗兰克林通过拍摄 ) 的双螺旋结构 不同温度下DNA晶体的 射线衍射照片,并对比研究获得 晶体的X射线衍射照片 不同温度下 晶体的 射线衍射照片, 这一事实给认识微观世界提供了什么样的启示? 的.这一事实给认识微观世界提供了什么样的启示?
光的干涉条纹和衍射条纹的比较
光的干涉和衍射的比较
光的干涉和衍射都是说明光有波动性的主要特征,两者都是 光束的叠加形成的,它们的主要不同是: (1)形成条件不同 在杨氏双缝干涉中,在屏上观察区域内可以认为穿过狭缝时 所有的光彼此都相同,就像穿过狭缝时只有两条光线一样, 因此,杨氏双缝干涉可以认为只有两束光线的叠加形成的. 在单缝衍射中,由于必须考虑到穿过缝的不同部位的光线之 间的相位差才能解释实验现象,因此,它是由缝中各点发出 的无数束光线的叠加形成的. (2)分布规律不同 在杨氏双缝干涉中,条纹图样是中央明条纹,两边等间距排 列亮度相同的明暗相间条纹. 在单缝衍射中的条纹图样,中央是一条最亮最宽的明条纹, 两边不等距排列着亮度比中央明条弱得多的明条纹,并且离 中央明条纹越远,条纹亮度越弱.
二,光的衍射
光的衍射现象: 光的衍射现象:
狭缝 单 色 光 像 屏
当光通过狭缝(或障 碍物)的时候,光会 偏离直线路径绕到狭 缝(或障碍物)的阴 影里去的现象,叫做 光的衍射现象.
衍射时形成的明暗相间的条纹,叫做衍射 图样.
光的衍射的条件: 光的衍射的条件:
光的衍射
光的衍射定义：光绕过障碍物继续向前传播的现象。
包括：单缝衍射、圆孔衍射、圆板衍射及泊松亮斑光在传播过程中，遇到障碍物或小孔（窄缝）时，它有离开直线路径绕道障碍物阴影里去的现象。
这种现象叫光的衍射。
衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样。
产生衍射的条件是：由于光的波长很短，只有十分之几微米，通常物体都比它大得多，但是当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，可以清楚地看到光的衍射。
用单色光照射时效果好一些，如果用复色光，则看到的衍射图案是彩色的。
光的衍射1．衍射现象光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象，叫光的衍射。
光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。
2．光产生明显衍射的条件小孔或障碍物的尺寸比光波的波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象。
由于可见光波长范围为4×10-7m至7.7×10-7m之间，所以日常生活中很少见到明显的光的衍射现象。
任何障碍物都可以使光发生衍射现象，但发生明显衍射现象的条件是“苛刻”的。
当障碍物的尺寸远大于光波的波长时，光可看成沿直线传播。
注意，光的直线传播只是一种近似的规律，当光的波长比孔或障碍物小得多时，光可看成沿直线传播；在孔或障碍物可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，衍射就十分明显。
３．衍射的种类：(1)狭缝衍射让激光发出的单色光照射到狭缝上，当狭缝由很宽逐渐减小，在光屏上出现的现象怎样？当狭缝很宽时，缝的宽度远远大于光的波长，衍射现象极不明显，光沿直线传播，在屏上产生一条跟缝宽度相当的亮线；但当缝的宽度调到很窄，可以跟光波相比拟时，光通过缝后就明显偏离了直线传播方向，照射到屏上相当宽的地方，并且出现了明暗相间的衍射条纹，纹缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，。
但亮度越来越暗。
试验：可以用游标卡尺调整到肉眼可辨认的最小距离，再通过此缝看光源(2)小孔衍射当孔半径较大时，光沿直线传播，在屏上得到一个按直线传播计算出来一样大小的亮光圆斑；减小孔的半径，屏上将出现按直线传播计算出来的倒立的光源的像，即小孔成像；继续减小孔的半径，屏上将出现明暗相间的圆形衍射光环。
光的衍射
2、夫琅禾费单缝衍射 入射波长变化，衍射效应如何变化 ?
越大， 1越大，衍射效应越明显.
2、夫琅禾费单缝衍射 （3）条纹宽度（相邻条纹间距）
2 b sin (2k 1) 2
b sin 2k
k 干涉相消（暗纹）
干涉加强（明纹）
l k 1 f k f
艾里斑
2、瑞利判据 大多数光学仪器中的透镜是圆形的，可 看做透光孔（圆孔）。
瑞利判据：如果一物点在像平面上形成的爱 里斑中心，恰好落在另一物点的衍射第一级 暗环上，这两个物点恰能被仪器分辨。
S1
D
* * S2
0
最小分辨角： 0 1.22
D
光的衍射问题的历史由来：
1818 年,巴 黎 科 学 院 举 行 了 一 次 以 解 释 衍 射 现 象 为 内 容 的 科 学 竞赛。 菲 涅 耳以惠更斯的波振面作图以及杨的 干涉原理相结合方式建立了一般的衍射理 论。 惠更斯-菲涅耳原理： 1）子波只能向前传播，且传播方向上任 一点的振幅与距离成反比； 2）传播方向上任一点的强度，决定于所 有子波在该点叠加的合振幅。
2
2
k1 3, k2 2, 2 600 nm
2k 2 1 5 600 1 2 nm 428 .6 nm 2k1 1 7
例：一束波长为 =5000Å的平行光垂直照 射在一个单缝上。已知单缝衍射的第一暗
纹的衍射角1=300，求该单缝的宽度b=?
解：
b sin k (k 1, 2,3)
（1）第一暗纹距中心的距离
x x f , b sin b f
f
x1 f
b
R
大学物理光的衍射
k1bsin
2
b213000A &
对于 , k1是明纹
则 bsin（2k1）
2
b s in 3 0 0 3， 4 3 3 （ 0A & )是 紫 光
2
.
例1：如图，波长为
的单色平行光垂直照 A
射单缝，若由单缝边
缘发出的光波到达屏
上P、Q、R三点的光
o
程差分别为2、2.5
P
3.5 ，比较P、Q、 R B
.
离得远 可分辨
瑞利判据 刚能分辨
离得太近 不能分辨 小孔（直径D）对两个靠近的遥远的点光源的分辨
.
S1
D
*
0
*
I
S2
最小分辨角
分辨本领
1
1.22 D
R 1 D
1.22
.
D
R
望远镜： 不可选择，可D R
▲ 世界上最大的光学望远镜： D=8m
建在了夏威夷山顶。 ▲世界上最大的射电望远镜：
f
Q
三点的亮度。
R
解题思路：2＝22 第二级暗纹
2.5(221)
2
第二级明纹
2
3.5(231) 第三级明纹
2.
例：在单缝夫朗和费衍射实验中，屏上第3级暗纹 对应的单缝处波面可划分为——6 —个半波带？若 将缝宽缩小一半，原来第3级暗纹处将是明——纹。
例：波长为600nm的单色平行光，垂直入射 到缝宽为b=0.60mm的单缝上，缝后有一焦 距f=60cm的透镜。在透镜焦平面上观察衍射 图样. 则中央明纹宽度为—1— .2m—m。两个第3级暗纹之 间的距离为—3.6—m—m 。
sb
显 示
几何
物理光学光的衍射与衍射的现象
物理光学光的衍射与衍射的现象光的衍射是指光线通过一个孔或者绕过一个物体后，经过一定的传播距离后，出现明暗交替的现象。
这种现象是由于光的波动性导致的。
本文将介绍光的衍射的原理、衍射的现象以及一些典型的衍射实验。
一、光的衍射原理衍射现象是由于光的波动性而产生的，根据赛涅尔衍射原理，当光线通过一个孔或者绕过一个物体时，波前会发生弯曲，从而产生了衍射。
根据惠更斯-菲涅尔原理，任何一个波前上的每一个点都可以看成是次波的发射源，通过各个波源发射出来的次波在波前上相互叠加形成新的波前。
光的衍射与光的波长有关，波长越小，衍射现象越明显。
此外，衍射还与衍射孔的尺寸有关，如果衍射孔的尺寸小于光的波长，衍射现象也会比较明显。
二、光的衍射现象1. 单缝衍射当光通过一个细缝时，光线会向前方呈圆形扩散，并形成一系列明暗的交替带。
这种现象被称为单缝衍射。
单缝衍射的衍射角度与光的波长和衍射孔的尺寸有关。
一般情况下，衍射角度越大，衍射强度越弱，衍射带的亮度也会减弱。
2. 双缝干涉双缝干涉是指光线通过两个并排的细缝后，形成一系列明暗的条纹。
这些条纹是由光的干涉现象导致的。
双缝干涉的条纹间距与衍射角度有关，当衍射角度小于一定范围时，条纹间距较大；而当衍射角度超过一定范围时，条纹间距变小。
3. 衍射光栅光栅是由一系列平行而等间距的缝或透明光栅构成的，当光通过光栅后，会形成一系列具有规则间距的亮暗条纹。
光栅的条纹间距与光的波长和光栅的缝尺寸有关，通过调节光栅的缝宽和缝距可以改变衍射带的间距和亮度。
三、典型的光的衍射实验1. 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验是一个经典的衍射实验，在实验中，光线通过两个并排的细缝后，实验者可以观察到一系列明暗的条纹。
这个实验验证了光的波动性以及光的干涉现象，同时也揭示了光的波动性与粒子性的共存。
2. 单缝衍射实验单缝衍射实验是利用一个细缝来观察光的衍射现象，实验者可以通过调节缝的尺寸和光源的波长来观察不同条件下的衍射带。
光的衍射
B
A2
o
2
/2
（
sin
k
个半波带）
二、半波带法
R
A1
A
C
L
P
B
A2
/2
BC a sin Q k o 2 （ k 个半波带）
干涉加强（明纹） a sin (2k 1) 2 a sin k （介于明暗之间）
0 1 I N2I0单
2
sin ( /a)
缺级
-8 -4 0 4 sin 8 ( /d )
3、衍射光谱
(a b) sin k
(k 0,1,2,)
入射光为白光时， k不同，按波长分开形成光谱. 不同，
I
sin
ab
0
一级光谱
三级光谱 二级光谱
汞的光栅光谱
衍射屏 观察屏
衍射屏
观察屏 L
*
S
S
L
a
圆孔衍射
缝的衍射
如果波长与障碍物相当，衍射现象最明显。
2、菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 菲 涅 尔 衍 射（近场衍射） 缝
S
P
夫琅禾费衍射（远场衍射） 缝
光源、屏与缝相距至少一个是有限远
光源、屏与缝相距无限远
计算比较简单
观察方便但定量计算复杂
在夫 实琅 验禾 中费 实衍 现射
b
o
b
2
b
3
b
sin
1、中央明纹宽度：两个第一级暗纹间的距离。
一般角较小，有 sin1 1
角宽度 线宽度
衍射屏透镜
大学物理第12章光的衍射
光通过狭缝后，会向四周扩散，形成 衍射现象。衍射图样的形状和大小与 狭缝的宽度和光波长有关。
多缝干涉与衍射的应用
光学仪器设计
干涉和衍射原理被广泛应用于光学仪器设计，如望远镜、显微镜 等，以提高成像质量和分辨率。
物理实验研究
多缝干涉和衍射实验是研究光波性质的重要手段，有助于深入理解 光的波动性和相干性。
光源
圆孔
选择单色光源，如激光， 以产生相干性好的光束。
制作一个具有特定直径 的圆孔，作为衍射的障
碍物。
屏幕
放置在圆孔后方，用于 接收衍射后的光束。
测量工具
测量衍射图案的直径、 形状和强度分布。
圆孔衍射的规律
中央亮斑
通过圆孔衍射形成的中央亮斑是各向同性的，其 直径与圆孔的直径成正比。
衍射角
衍射角与波长和圆孔直径有关，随着波长的增加， 衍射角减小。
该理论可以解释光的干涉、衍射和散射等现象，是光学领域的重要理论之一。
03 单缝衍射
单缝衍射实验装置
01
02
03
光源
使用单色光作为光源，如 激光，以保证光的相干性。
单缝
单缝的宽度决定了衍射的 程度，缝宽越窄，衍射现 象越明显。
屏幕
用于接收衍射光斑，记录 衍通过单缝后，会在屏幕中央形成最亮的光斑。
夜空中星星发出的光在穿过大气层时， 由于大气的密度和温度变化，使得星 光发生衍射，产生了闪烁现象。
02 光的衍射理论
惠更斯-菲涅尔原理
惠更斯-菲涅尔原理是光的衍射理论的基础，它指出波前上的 每一点都可以被视为新的波源，这些波源发出的波在空间中 相互叠加，形成衍射现象。
该原理可以解释光的直线传播、反射和折射等现象，是光学 领域的重要理论之一。
大学物理 光的衍射
光栅公式
29
2、斜入射
P
O
Q 相邻两缝的入射光在入射到光栅前已有光程差 (a+b)sin ,光栅公式修改为:
( a b ) sin ( a b ) sin k
30
3、由 (a+b)sin =k 可知
光栅衍射明纹的位置只与（a+b）有关， 与缝的个数N无关。 4、光栅常数（a+b)越小，即狭缝越密，则明纹 间隔越大，条纹越亮，分辨率越高。证明如下：
3
2 10
3
rad
(b) x 0 2 f 1 2 10 (c) x 21
f( 2 a
m 2 mm
3
a
) 1 ( 2 10
1 10
3
) m 1 mm
23
例4：在单缝夫朗禾费衍射实验中，屏上第3级暗 纹对应的单缝处波面可划分为 6 个半波带？若 将缝宽缩小一半，原来第3级暗纹处将是 明 纹 。
sin 7、放在折射率为n的液体中 (a+b) · =k
/n
33
四、 光栅衍射图样特点
单缝衍射 多缝干涉
/a
I
/a
sin sin
/d
光栅衍射
0
2/d
sin
因此，光栅衍射图样本质上是多缝干涉，光 强分布受单缝衍射光强分布调制。
平面的光程差均为半波长 （即位相差为） ，在P 点会聚时将“一一抵消”。
10
若AB面分成 奇数个半波带，出现亮纹
AC a sin 3
2
a
A . .. . C A1 .
A 2.φ B φ P x
光的衍射现象的解释与应用
光的衍射现象的解释与应用光的衍射是指光通过绕过物体边缘或通过孔径后，出现波动的现象。
这种现象是由于光的波动性质引起的，衍射的具体表现形式可以是光的弯曲、扩散或干涉等。
本文将解释光的衍射现象，并探讨其在日常生活和科学领域中的一些重要应用。
一、光的衍射现象解释光的衍射现象最早由英国科学家荷兰斯·赫谟斯在16世纪中叶发现并描述。
当光通过一个具有一定尺寸的物体边缘时，由于光的波动性质，光将朝各个方向传播，而不仅仅是直线传播。
这样在物体边缘周围形成一系列的光的弯曲和交叠，形成衍射图样。
衍射的弯曲程度和衍射图样的形状取决于光的波长、物体尺寸和物体形状等因素。
二、光的衍射应用1. 衍射光栅衍射光栅是一种利用光的衍射现象制造的光学元件，它是由一系列均匀分布的透明间隔和不透明间隔组成的。
当入射光通过衍射光栅时，会发生衍射现象，不同波长的光波会以不同的角度散射出去。
这可以用于光谱学研究、光学成像和激光技术等领域。
2. 衍射成像衍射成像是利用光的衍射现象进行影像形成的技术。
通过特殊的光学装置，将光线通过衍射介质，使其发生衍射，然后再经过透镜或其他光学元件进行光的聚焦。
这种方法能够实现高分辨率的成像，应用于显微镜、望远镜和干涉仪等设备。
3. 衍射声波除了光波，声波也可以发生衍射现象。
在声波传播中，当遇到物体边缘或孔径时，声波会因衍射而扩散和弯曲。
这种现象在建筑设计、声学工程和声波成像等领域具有重要的应用。
例如，在剧院建筑设计中，通过调整围墙的形状和孔洞的位置，可以利用声波衍射效应改善剧场音质。
4. 衍射天文学光的衍射现象在天文学研究中也有着重要的应用。
例如，在天文望远镜中，利用衍射现象可以通过探测星光的衍射图样来解析星系的结构和运动。
这种技术被称为光学干涉测量，对于研究星系演化、黑洞和引力波等现象提供了重要的观测手段。
总结：光的衍射现象是由光波的波动性质引起的，通过绕过物体边缘或通过孔径，光波会发生弯曲和交叠，形成衍射图样。
光的衍射
A λ/2
• 明纹(中心)：a sin (2k 1) ， k 1,2,3…
2
• 暗纹:
a sin 2k ，k 1,2,3…
2
• 介于明纹中心与暗纹之间时,条纹逐渐变暗。
边缘模糊
k大，级次高，
• 衍射角θ愈大，条纹亮度愈小。 明条纹亮度降低
2. 条纹光强分布
1 相对光强曲线
0.01 0.04
第四章 光的衍射
§1 光的衍射 惠更斯—菲涅耳原理
一. 光的衍射
1.现象:
衍射屏
S
*
a
观察屏
衍射屏
L S *
观察屏
L
a ≤1000λ
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规律的现象
3. 分类: (1) 菲涅耳衍射 近场衍射
S 光源与狭缝之间、狭缝与屏幕之间 *
至少有一个是有限远
K ( )
, K0 2
§2 单缝的夫琅禾费衍射
一.装置
缝平面 透镜L
观察屏
透镜L
S
*
a
B
·p
0
Aδ f
f
二.半波带法
S: 单色光源
: 衍射角
AB a(缝宽)
A→P和B→P的光程差 a sin
中央明纹(中心) 0， 0
当a sin 带”
B
半波带
a 半波带
A
时，可将缝分为两个“半波
(C)不动；
(B) 向下平移； (D)条纹间距变大。
L S
C
只与缝宽有关
例2. 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
物理知识点光的衍射
物理知识点光的衍射光的衍射是物理学中的一个重要知识点，它涉及到光的传播特性以及如何解释光通过障碍物后的现象。
本文将从光的本质、衍射现象的解释、衍射的规律以及应用等方面分析和阐述光的衍射知识。
一、光的本质光是电磁波的一种，由电磁场和磁场交替变化形成。
它在真空中传播速度恒定为光速，但在介质中会发生折射、反射以及衍射等现象。
光的能量是量子化的，具有波粒二象性，既可以看作是一种波动现象，也可以看作是由一粒一粒的光子组成的。
二、衍射现象的解释衍射是指光通过一个障碍物或者通过物体边缘传播时产生偏离直线传播方向的现象。
这一现象可以用波动理论解释。
当光通过一个狭缝或者物体边缘时，光波会发生弯曲和绕射，导致光的传播方向发生改变。
这种改变的现象就称为衍射。
光的衍射能够解释很多现象，如日常生活中看到的光线在挡板后形成的明暗条纹，以及显微镜下细胞和微小物体的清晰成像等。
三、衍射的规律1. 衍射的程度和波长有关：波长越短的光（如紫外光），其衍射现象越明显。
2. 衍射的程度和衍射物体的尺寸有关：如果衍射物体的尺寸远大于入射光的波长，衍射现象相对较明显。
3. 衍射的程度和衍射物体的形状和缝隙大小有关：狭缝越宽，衍射现象越不明显；缝隙越窄，衍射现象越明显。
四、应用1. 衍射的应用之一是在显微镜中。
显微镜利用光的衍射现象，通过调节镜头和光源的位置，可以放大观察微小的物体，如细胞、细菌等。
2. 衍射还广泛应用于光的波导和光纤通信等领域。
光纤通信利用光的衍射特性将信号通过光纤传递，实现信息的快速传输。
3. 衍射也应用于狭缝衍射实验的测量，通过观察衍射图案的特征，可以计算出光的波长等物理量。
总结：光的衍射是光的传播特性中的重要现象之一。
通过了解光的本质、衍射现象的解释、衍射的规律以及应用，我们可以更好地理解光的行为以及利用光进行各种应用的原理。
同时，光的衍射也是科学研究和技术发展中不可忽视的重要领域，对于推动物理学和光学的发展具有重要意义。
如何解释光的衍射现象
如何解释光的衍射现象光的衍射现象是光通过物体边缘或孔洞时呈现出的扩散现象。
它是光的波动性质所决定的，并且是光学领域研究中的重要现象之一。
光的衍射现象广泛应用于各个领域，例如天文学、光学仪器等。
本文将介绍衍射现象的基本概念、衍射的原理以及衍射的应用。
一、光的衍射现象的基本概念光的衍射现象是指当光线通过孔洞或物体的边缘时，光线会发生扩散和弯曲现象。
这是因为光具有波动性质，在通过物体边缘或孔洞时，会受到物体的遮挡和干涉的影响，形成光的弯曲和扩散。
二、光的衍射的原理光的衍射现象可以通过菲涅尔-柯西原理来解释。
该原理认为，每个点都可以看作是一个次波源，通过次波源的叠加作用，形成了衍射现象。
当光线通过一个孔洞时，光线会呈现出中央亮度高，两侧亮度逐渐减弱的分布，这就是衍射斑图的形成。
而当光线通过物体的边缘时，会产生衍射波，使得原本直线传播的光线发生弯曲和扩散。
三、光的衍射的应用1. 衍射光栅：衍射光栅是利用衍射现象的一种常见光学器件。
通过将一系列的平行孔洞或凹槽排列在透明介质中，当光线通过衍射光栅时，会发生衍射现象，形成特定的衍射图案。
衍射光栅广泛应用于光谱仪、光学传感器等领域。
2. 衍射望远镜：衍射望远镜是利用衍射现象来提高观测分辨率和减小光学系统的尺寸的一种光学仪器。
它通过光的衍射原理来增强望远镜的分辨率，使得观测到的细节更加清晰。
3. 衍射图案的应用：光的衍射图案具有独特的特征，可以应用于图像处理、密码学等领域。
例如，衍射图案可以用来进行图像的加密和解密，提高图像传输的安全性。
4. 衍射的波长测量：光的波长是光的特性之一，通过衍射现象可以测量光的波长。
通过将光线照射到一个具有已知孔径的孔洞上，利用衍射现象可以测量出光的波长，这在光学仪器的校准和测试中具有重要意义。
综上所述，光的衍射现象是光学研究中重要的现象之一，它是由光的波动性质所决定的。
通过了解光的衍射现象的基本概念、原理和应用，我们可以更好地理解和利用光的特性，从而在各个领域中应用衍射现象来实现更多的科学研究和技术创新。
第十章 光的衍射
解：
a sin k 6
2
∴6个半波带
a sin 3 3 a k 1.5 2 sin k 2
a sin 2k 1
2
∴k=1
§10.3 衍射光栅
一. 衍射光栅
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
a sin (2k 1) , k 1, 2,3... 2
——明纹(中心) ——中央明纹(中心)
a sin 0
上述暗纹和中央明纹(中心)的位置是准确的，其余
明纹中心的实际位置较上稍有偏离。
结论 :
（1）AB可分成偶数个半波带，P处为暗纹； （2） AB可分成奇数个半波带，P处为明纹； （3）如AB不能被分成整数个半波带时，P处的亮度将 介于明暗之间。
（2）当a=4.0mm时
6.328 10 4 y0 2 4 102 0.13mm 4.0 3 ' 3 y1 f y0 0.1mm 2 a 4
条纹已密集得难以分辨
例 在某个单缝衍射实验中，光源发出的光有两种波长λ1和λ2，若 λ1的第一级衍射极小与λ2的第二级衍射极小相重合， 求：（1）这两种波长之间有何关系？ （2）这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其它 极小相重合？ 解：（1）由单缝衍射暗纹条件，得
第十章
一、光的衍射现象
屏幕 阴 影
光的衍射
§10.1 光的衍射 惠更斯—费涅耳原理
屏幕
直线传播
衍射现象
光的衍射现象 光在传播过程中,绕过障碍物的边缘而偏离 直线传播的现象,称为光的衍射现象。
S
圆孔衍射
H
P
光的衍射
光的衍射1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象。
2．衍射图像：衍射时产生的明暗条纹或光环。
3．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。
特点：(1)中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，中央条纹最宽，两边条纹宽度变窄。
(2)缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮条纹的亮度降低。
(3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。
(4)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮。
4．圆孔衍射(1)圆孔衍射：如图13-5-1甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图乙所示的圆形亮斑(光的直线传播)；减小圆孔，光屏上出现光源的像(小孔成像)；当圆孔很小时，光屏上出现图丙所示的亮、暗相间圆环(衍射图样)。
图13-5-1(2)圆孔衍射的图样特征：①单色光的圆孔衍射图样：中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环；越向外，圆(亮)环亮度越低。
②白光的圆孔衍射图样：中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。
5．泊松亮斑：障碍物的衍射现象。
在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。
(1)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，若在单色光(如激光)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。
(2)形成泊松亮斑时，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。
(3)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。
二、衍射光栅1．衍射光栅的结构由许多等宽的狭缝等距离地排列起来形成的光学仪器。
光的衍射
25
3. 光栅的夫琅禾费衍射
单缝衍射和缝间干涉的共同结果
N=1
N=5
N=2
N=6
N=3
几种缝的光栅衍射
N=20
26
二. 光栅光谱, 光栅的色散本领 1. 光栅光谱 光栅光谱有多级，且是正比光谱
-3级 3级
白光的光栅光谱
2. 光栅的色散本领 把不同波长的光在谱线上分开的能力
(白 )
-2级 -1级 0级 1级 2级
d 干涉明纹缺级级次 k k , k 1, 2, a 例如 d 2a 时，缺±2，±4，±6级。
干涉明纹中心强度称为干涉“主极大”
22
上页 下页 返回 退出
二. 光栅 2. 种类：
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。
透射光栅 d 反射光栅 d
设:波长 的谱线,衍射角 ，位置x；波长 的谱线，衍射角 , 位置 x+x 角色散本领 D
27
例：波长 6000 埃的单色光，垂直照射在光栅上，第 2 级 明纹出现在 sin=0.2 的位置上。当用另一未知波长的单 色光垂直照射该光栅时，其第 1 级明纹出现在 sin=0.08 的位置。求 （1）该光栅的光栅常数； （2）未知单色光的波长； （3）已知单色光的第3条明线缺级，试计算该光栅狭缝 的最小宽度a。
4
三、衍射的分类
1. 菲涅耳衍射 光源和观察屏（或二者之一）离衍射屏的距 离有限时的衍射。它也称近场衍射，其衍射图 形会随观察屏到衍射屏的距离而变，情况较复 杂。
S
5
2. 夫琅禾费衍射 光源和观察屏都离衍射屏无限远时的衍射。 它也称远场衍射，这种衍射实际上是菲涅耳衍射 的极限情形。 L
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验
S
一、光的衍射现象
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
向而绕过障碍物到达阴影区域的现
象。
1.单缝衍射
1.单缝衍射
单色光的衍射图样:衍射条纹宽度
不等,中间亮纹最宽、最亮，两边是对
长相比甚至比光的波长还要小的时 候衍射现象就十分明显，出现明显
的衍射现象。
衍射现象
探究：干涉和衍射图样有何区别？
三.光的干涉和衍射图样的区别:
双缝干涉图样特点： 明暗相间、等宽度等亮度 单缝衍射图样特点： 明暗相间、不等宽度不等亮度
衍射光栅
• 衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离的 排列起来形成的光学仪器。可分为透射 光栅和反射光栅
称的明暗相间条纹，亮条纹亮度向两 边逐渐减弱。
白光单缝衍射条纹：中间是白色 的，两边是逐渐减弱的彩色条纹。
单缝衍射规律
A、波长一定时，单缝窄的中央 条纹宽，各条纹间距大．
B、单缝不变时，光波长长 的（红光）中央亮纹越宽， 条纹间隔越大． C、白光的单缝衍射条纹为 中央亮，两侧为彩色条纹， 且外侧呈红色，靠近光源 的内侧为紫色．
2．用黄色光照射不透明的圆板时在 圆板的背影中恰能观察到黄色光斑， 若分别用红色光,绿色光和紫色光照射．紫色光 D．三种色光都能
小结 一、光的衍射现象： 1、单缝衍射 2、小孔衍射 3、泊松亮斑 二、光发生明显衍射的条件 三、光的干涉和衍射图样的区别 四、衍射光栅
(a) N=1 (b)N=2 (c) N=3 (d)N=4
四、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、实验结论：增加狭缝的个数， 衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 3、分类：透射光栅和反射光栅。
1．单色光照射单缝衍射时 A C A．狭缝越窄衍射现象越明显 B．狭缝越宽衍射现象越明显 C．照射光的波长越长衍射现象越明显 D．照射光的频率越高衍射现象越明显
2.小孔衍射
光通过小孔(小到一定程度)在屏上会 出现：中间较亮，周围明暗相间的圆环， 且亮度渐变小，这些圆环达到的范围远远 超过根据光的直线传播所应照明的面积。
3.泊松亮班
光照到不透明的小圆板上，在屏上
圆板的阴影中心，有一个亮斑，这个亮
斑取名叫泊松亮斑。
探究实验
二、光发生明显衍射的条件
在障碍物的尺寸可以跟光的波