光的衍射ppt
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第四章光的衍射-PPT课件
0
1
七、干涉和衍射的联系与区别
干涉和衍射都是波的相干叠加， 但干涉是 有限多个分立光束的相干叠加， 衍射是波阵面
上无限多个子波的相干叠加。 二者又常出现在 同一现象中。 双缝干涉是干涉和衍射的共同效果。
§3 光栅衍射
一、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。 从工作原理分
衍射光栅 (透射光栅)
1 I / I0
相对光强曲线
0.017 0.047
2 a
0.047 0.017 0
a
a
2 a
sin
•波长对衍射条纹的影响
•缝宽对衍射条纹的影响
•单缝位置对衍射条纹的影响
•光源位置对衍射条纹的影响
条纹在屏幕上的位置与波长成正比，如果用白 光做光源，中央为白色明条纹，其两侧各级都 为彩色条纹。该衍射图样称为衍射光谱。 3 -2 -1 2 3
A C a
f
o
x
P
B
L
分割成偶数个半波带， P 点为暗纹。
分割成奇数个半波带， P 点为明纹。
二、加强减弱条件
A C a
f
o
x
P
B
L
( k 1 , 2 )减弱 2k 2 a sin k 1 , 2 )加强 （ 2k 1 ） ( 2
B
1 2 3
I
2. 明纹位置
A C a
f
o
3 2 1
2 1
x
P
B
L
x （ 2 k 1 ） k 1 , 2 ) 2 a ( 3f x1 两条，对称分布屏幕中央两侧。 2a 其它各级明纹也两条，对称分布。
《十六章光的衍射》课件
碍物。
屏幕
放置在圆孔后一定距离 处，用于接收衍射光斑
。
光路调整
确保光源、圆孔和屏幕 在同一直线上，且光源 和屏幕与圆孔的距离适
中。
圆孔衍射实验现象
中心亮斑
衍射光斑的中心出现一个明亮的 亮斑，这是衍射现象的直接结果
。
周边光斑
在中心亮斑周围出现一系列的暗 斑和明斑，这些光斑是不同方向
上的衍射光斑。
光斑分布
单缝衍射条纹分析
条纹间距
随着角度的增加，条纹间距逐渐 增大。
条纹亮度
条纹的亮度呈现周期性变化，明暗 交替出现。
条纹宽度
条纹宽度与单缝宽度有关，单缝越 窄，条纹越细。
04
CATALOGUE
圆孔衍射实验
圆孔衍射实验装置
光源
采用单色光源，如激光 ，以保证光的单色性和
相干性。
圆孔
制作一个具有特定直径 的圆孔，作为衍射的障
பைடு நூலகம்
光学纤维利用光的全反射原理实现光的传 输，但在光纤的弯曲和连接处会发生光的 衍射现象，影响光信号的传输质量。
02
CATALOGUE
光的衍射原理
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作为子波 源，其后任一时刻的波前由这些子波的包络面形成。
该原理可以解释光的衍射现象，包括单缝衍射、圆孔衍射等。
衍射现象的应用
光的衍射现象在光学仪器 、干涉仪、光谱仪等领域 有着广泛的应用。
光的衍射现象举例
单缝衍射
圆孔衍射
单缝衍射是典型的夫琅禾费衍射，通过单 缝的光在屏幕上映出明暗相间的条纹。
圆孔衍射是典型的菲涅尔衍射，通过圆孔 的光在屏幕上形成明暗相间的同心圆环。
屏幕
放置在圆孔后一定距离 处，用于接收衍射光斑
。
光路调整
确保光源、圆孔和屏幕 在同一直线上，且光源 和屏幕与圆孔的距离适
中。
圆孔衍射实验现象
中心亮斑
衍射光斑的中心出现一个明亮的 亮斑，这是衍射现象的直接结果
。
周边光斑
在中心亮斑周围出现一系列的暗 斑和明斑，这些光斑是不同方向
上的衍射光斑。
光斑分布
单缝衍射条纹分析
条纹间距
随着角度的增加，条纹间距逐渐 增大。
条纹亮度
条纹的亮度呈现周期性变化，明暗 交替出现。
条纹宽度
条纹宽度与单缝宽度有关，单缝越 窄，条纹越细。
04
CATALOGUE
圆孔衍射实验
圆孔衍射实验装置
光源
采用单色光源，如激光 ，以保证光的单色性和
相干性。
圆孔
制作一个具有特定直径 的圆孔，作为衍射的障
பைடு நூலகம்
光学纤维利用光的全反射原理实现光的传 输，但在光纤的弯曲和连接处会发生光的 衍射现象，影响光信号的传输质量。
02
CATALOGUE
光的衍射原理
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作为子波 源，其后任一时刻的波前由这些子波的包络面形成。
该原理可以解释光的衍射现象，包括单缝衍射、圆孔衍射等。
衍射现象的应用
光的衍射现象在光学仪器 、干涉仪、光谱仪等领域 有着广泛的应用。
光的衍射现象举例
单缝衍射
圆孔衍射
单缝衍射是典型的夫琅禾费衍射，通过单 缝的光在屏幕上映出明暗相间的条纹。
圆孔衍射是典型的菲涅尔衍射，通过圆孔 的光在屏幕上形成明暗相间的同心圆环。
5-a章+光的衍射1(共74张PPT)
振幅:
Z
dE~P CK Ae ikR eikr d
Rr
R Q
S
r
P
C为一常数
Z’
K(θ)为倾斜因子
当θ＝0时，K有最大值；随着θ的增大，K迅速减小，当 θ≥π/2时，K＝0。
惠更斯-菲涅耳原理的数学表达式。 P点的光振动的复振幅为:
R
E~P CAeikR eikr K d
R r
Q
r
1、开圆孔的无穷大不透明屏；
2、大小与圆孔相同的不透明屏； E~1(P) E~2 (P) 互补屏单独放置时p点的复振幅。 E~(P) 没有屏时，p点的复振幅。
E~P
C 1
E~QK eikr
r
d
C 2
E~QK eikr
r
d
E~P E~1P E~2 P
❖互补屏单独产生的衍射场复振幅之和，等于没有屏时的复 振幅。 ❖在复振幅为0的点，互补屏分别产生的场位相差为，强度 相等。
干涉和衍射是同时存在的，对每一束光而言都存在着衍 射，而各光束间则存在着干涉，亦即干涉条纹的分布要 受到单光束衍射因子的调制。
目录
❖ §5.1 惠更斯—菲涅尔原理 ❖ §5.3 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 ❖ §5.4 矩孔和单缝的夫琅禾费衍射 ❖ §5.5 圆孔的夫琅禾费衍射 ❖ §5.6 光学成像系统的衍射和分辨本领 ❖ §5.8 多缝夫琅禾费衍射 ❖ §5.9 衍射光栅 ❖ §5.10 圆孔和圆屏的菲涅尔衍射
❖弗朗和菲衍射，没有屏的焦点以外；
E~(P) 0 E~1 (P) E~2 (P)
夫琅和费衍射互补屏衍射图样相同
§5-3 菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射
1、离Σ很近的K1处，可看到圆孔的投影。 2、在K2上观察，看到边缘模糊的略大的圆光斑，光斑内有圈圈的亮暗环。--菲涅耳衍射或近场衍射。 3、距离很远，中间亮、边缘暗，边缘外有较弱的亮暗圆环。 --夫琅和费衍射或远场衍射。
光的衍射(共27张PPT)
例题1
在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图所示 的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是（黑 线为暗线）（ D ） A．很小的不透明的圆板 B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板 C．很大的不透明的圆板 D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
二、双缝干涉与单缝衍射的比较
观察右图，并讨论单缝衍射与双缝干涉有何 不同点与相同点？讨论后完成下表：
思考与讨论
1.白光的单缝衍射条纹（形状、颜色分布）
有何特点？
2.由以上的几个实验，能否总结出光的衍
射条纹的宽度、亮度以及条纹间距与单缝 的宽度、光的波长的定性关系？ 3.为何缝越窄，条纹的亮度越低？
单缝衍射图样特征
1.白光单缝衍射条纹为中央为白色亮纹，两侧 为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近中央的内 侧为紫色。
障碍物时，光没有沿直线传播，而是绕
到障碍物后面去，形成明暗相间的条纹 的现象就叫做光的衍射现象。
思考与讨论
d=1.0 mm
d=0.6 mm
1.单色光圆孔衍射图样的条纹(形状、宽度、 亮度、间距）有何特征？ 2.圆孔衍射图样的条纹（宽度、亮度、间距） 与圆孔的大小有何关系？
圆孔衍射图样特征
d=1.0 mm
d=0.6 mm
1．条纹为圆形，中心亮纹大而亮，旁边 亮纹迅速的减弱减小。 2．圆孔越小，条纹越宽，间距越大，衍 射现象越明显，但亮度变低。
2.单缝衍射
【实验探究二】 利用单缝衍射观察片观察讲台桌上的红 光灯与蓝光灯的衍射现象，并讨论以下问题： 1.单色光的单缝衍射条纹（形状、宽度、亮 度、间距）有何特点？ 2.同一单缝的红光衍射条纹与蓝光衍射条纹 有何区别？ 3.同一种色光，单缝宽度不同衍射条纹（宽 度、亮度、间距）有何区别？
光的衍射ppt课件完整版
详细阐述了光的衍射现象，包括衍射的定义、产 生条件、分类等，并通过公式和图示深入解释了 衍射的原理。
衍射实验演示与分析
通过实验演示了光的衍射过程，让学员直观感受 衍射现象，同时结合理论知识进行分析，加深学 员对衍射现象的理解。
衍射在光学领域的应用
介绍了衍射在光学领域的广泛应用，如光谱分析 、光学仪器制造等，让学员了解衍射在实际应用 中的重要性。
光的波动模型
光波是一种电磁波，具有振幅、频率 、波长等特性。光波的传播遵循波动 方程。
波动性与衍射关系解析
衍射现象
光波在传播过程中遇到障碍物或 孔径时，会偏离直线传播路径， 产生衍射现象。衍射是波动性的
重要表现。
衍射条件
衍射现象的发生与光的波长、障 碍物或孔径的尺寸以及光波的传 播方向有关。当波长较长、障碍 物或孔径尺寸较小时，衍射现象
预备工作要求
明确下一讲前需要完成的预习任务、实验操作等预备工作，确保学员能够顺利进入下一阶段的学习。
THANK YOU
该公式描述了光波在自由空间中传播时，遇到障碍物后的衍射光场分布。它是基于波动方 程的解，并引入了基尔霍夫的边界条件。
公式推导过程
从波动方程出发，利用格林函数和基尔霍夫的边界条件，可以推导出菲涅尔-基尔霍夫衍 射公式。具体过程涉及复杂的数学运算和物理概念的深入理解。
夫琅禾费衍射近似条件讨论
01
夫琅禾费衍射的定义
光的衍射ppt课件完整版
目 录
• 光的衍射概述 • 光的波动性与衍射关系 • 典型衍射实验介绍 • 衍射理论计算方法 • 现代光学中衍射技术应用举例 • 总结与展望
01
光的衍射概述
衍射现象及定义
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途 径而绕到障碍物后面传播的现象 ，叫光的衍射。
衍射实验演示与分析
通过实验演示了光的衍射过程，让学员直观感受 衍射现象，同时结合理论知识进行分析，加深学 员对衍射现象的理解。
衍射在光学领域的应用
介绍了衍射在光学领域的广泛应用，如光谱分析 、光学仪器制造等，让学员了解衍射在实际应用 中的重要性。
光的波动模型
光波是一种电磁波，具有振幅、频率 、波长等特性。光波的传播遵循波动 方程。
波动性与衍射关系解析
衍射现象
光波在传播过程中遇到障碍物或 孔径时，会偏离直线传播路径， 产生衍射现象。衍射是波动性的
重要表现。
衍射条件
衍射现象的发生与光的波长、障 碍物或孔径的尺寸以及光波的传 播方向有关。当波长较长、障碍 物或孔径尺寸较小时，衍射现象
预备工作要求
明确下一讲前需要完成的预习任务、实验操作等预备工作，确保学员能够顺利进入下一阶段的学习。
THANK YOU
该公式描述了光波在自由空间中传播时，遇到障碍物后的衍射光场分布。它是基于波动方 程的解，并引入了基尔霍夫的边界条件。
公式推导过程
从波动方程出发，利用格林函数和基尔霍夫的边界条件，可以推导出菲涅尔-基尔霍夫衍 射公式。具体过程涉及复杂的数学运算和物理概念的深入理解。
夫琅禾费衍射近似条件讨论
01
夫琅禾费衍射的定义
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目 录
• 光的衍射概述 • 光的波动性与衍射关系 • 典型衍射实验介绍 • 衍射理论计算方法 • 现代光学中衍射技术应用举例 • 总结与展望
01
光的衍射概述
衍射现象及定义
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途 径而绕到障碍物后面传播的现象 ，叫光的衍射。
光的衍射PPT课件
1. 当 asin 2 时，可将狭缝分为两个“半波带”
2
两个“半波带”上所有对应点
衍射屏 透镜L
(如1和1、2和2)发出的光线的 透镜L B
光程差均为 / 2 ，
在P 点处
S
*
a
———干涉减弱形成暗纹。
Aδ
θ
1
B
2
·p
1 2 1′ 2′
半波带 a 半波带
1′ 2′
0
A
/2
透镜L
像屏
二、单缝衍射分析——菲涅耳半波带法
3级
-2级 -1级 0级 1级 2级
(白)
三、单缝衍射图样分析
1. 衍射图样 ——复色光入射
当用复色光入射时，则中央明纹为白色，而其它各
级条纹为彩色，且近屏中心一侧为紫色，远侧为红
色。
三级光谱
衍射屏
像屏
L
L
二级光谱 一级光谱
三、单缝衍射图样分析 2. 衍射加强(明条纹)、减弱(暗条纹)的条件
中央明纹(中心):
衍射屏 透镜L
像屏 像屏
透 S L
*
镜 a
B
·p
0
Aδ f
f
三、单缝衍射图样分析 1. 衍射图样 ——单色光入射 单色光入射，衍射条纹是相互平行明暗相间的直条纹。
且中央条纹光强最大，其它各级明纹光强迅速下降。
（1） 越大，相应半波带数越多，未被抵消的半波带
面积越小，相应明纹光强越小。
（2） = 0 时，各衍射光光程差为零，相应为中央明纹，
一、光的衍射 ( Diffraction of Light ) 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。
《光的衍射》PPT课件
……
b sin k 0 (k0 0.5) (2k0 1)
2
(k0 1, 2, )
第2章 光的衍射（Diffraction of light）
2.6 夫琅禾费单缝衍射（Fraunhofer diffraction by a slit ）
3．强度讨论（函数性态研究） • 中央亮条纹的范围
则
第2章 光的衍射（Diffraction of light）
2.6 夫琅禾费单缝衍射（Fraunhofer diffraction by a slit ）
3．强度讨论（函数性态研究）
I E 2 I 0 sin c2u
• 中央最大值：振幅叠加相互加强
lim[sin c2u ] 1 I I 0 I max （u u 0
1．实验装置
衍射图样的特征： • 中央亮条纹特别明亮，其宽度为其它 条纹的两倍。 • 两侧的亮条纹是等宽的，且光强衰减
迅速。
第2章 光的衍射（Diffraction of light）
2.6 夫琅禾费单缝衍射（Fraunhofer diffraction by a slit ）
2．强度分析—波带法
，几何光学 愈大或b愈小，衍射现象就愈显著 习题：7，8，9，10
b ， 0
例2.1
B’ B3 B2 B1 B
暗纹中心 次最大中心
(k 1, 2, )
2
第2章 光的衍射（Diffraction of light）
2.6 夫琅禾费单缝衍射（Fraunhofer diffraction by a slit ）
4．衍射光强分布特点 • 中央亮纹最亮占总光强的90%以上。 第一次最大光强小于5%
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2、在做杨氏双缝干涉实验中，若把其中一
缝挡住，则： D
A、条纹与原来一样，只是亮度减半
B、屏上出现与缝等宽的一条亮斑
C、屏上一片模糊
D、出现和原来不一样的明暗相间的条纹
减小，亮度减弱)，中央为最亮最宽的条纹。
b.白光:中央为白色亮纹，两边是彩色条纹，最靠近中
央的色光是紫光，较远的是红光。
（2）圆孔衍射
衍射图样及特点： 明暗相间的间距不等的同心圆环，往外间距逐渐减小。
A S
1、 孔较大时——屏 上出现清晰的光斑
B
2、 孔较小时——屏上出现 衍射花样
光的衍射
不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能 使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原 因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．历史 上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑．
光的衍射
观察下列衍射图样，分析衍射规律： 不同缝宽的单缝衍射
不同色光的单缝衍射
光的衍射
单缝衍射规律
1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条 纹间距大．
2、单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮 纹越宽，条纹间隔越大．
3、白炽灯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．
返回
小结:光的衍射
1.光的衍射现象是光离开直线路径而绕到障 碍物后面的现象。
2.产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸 能和波长相当或比波长小。
3.光的干涉条纹和光的衍射条纹的比较 4.光的干涉和光的衍射说明光是一种波。
返回
练习：
1、下列属于光的衍射现象的是： D
A、雨后彩虹 B、小孔成像 C、肥皂泡上出现的彩色条纹 D、透过丝巾看日光灯会看到五颜六色的条纹
一、光的衍射
1、定义：光绕过障碍物继续传播的现象。 2、产生条件：
障碍物或孔的尺寸和光的波长相差不多或比波长小
3、衍射图样及特点： （1）单缝衍射：
一、光的衍射
1、定义：光绕过障碍物继续传播的现象。 2、产生条件：
障碍物或孔的尺寸和波长相差不多或比波长小 3、衍射图样及特点：
（1）单缝衍射： a.单色光:两侧为明暗相间但不等距的条纹（往外间距
2、衍射图样中央最宽最亮，两边不等间距分布 着明暗相间的条纹。
在单缝衍射现象中： （1）单缝宽度越小衍射越明显， （2）在单缝宽度相同时，波长越长（红光）衍 射越明显，中央亮条纹越宽。
在双缝干涉现象中： （1）双缝间距越小，条纹宽度越宽。 （1）在干涉装置相同时，波长越长（红光） 的光条纹越宽。
光的干涉条纹和衍射条纹的比较
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，
激
像
在它的中间装上一个
光
屏
宽度可以调节的狭缝，
束
用平行的单色光照射，
在缝后适当距离处放
调节狭
一个像屏 ．
缝宽窄
（1）单缝衍射光的衍射单Fra bibliotek衍射条纹的特征
1、中央亮纹宽而亮． 2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．
钢针的衍射
圆孔衍射
圆屏衍射
（3）圆屏衍射
泊松亮斑
衍射图样及特点：
明暗相间的间距不等的同心圆环，往外间距逐渐减小， 且中心有一亮斑（泊松亮斑）。
探究不同缝宽的单缝衍射实验
二、光的衍射和光的干涉的区别与联系
1 、干涉的同时伴随着衍射现象的产生 2、干涉条纹中央为亮条纹，两边等间距分布着 545明暗相间的条纹。