第4章 激光衍射测量资料
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径1. 引言1.1 激光衍射法的基本原理激光衍射法是一种利用激光光束经过细丝时发生衍射现象来测量细丝直径的方法。
其基本原理是将激光光束照射到纺织品细丝上，细丝会散射出具有特定频率和方向的光线。
这些衍射光线经过适当的光学系统，形成明暗交替的衍射斑图。
通过测量这些衍射斑的特性，如斑点之间的距离和角度，可以计算出细丝的直径。
激光衍射法利用了激光光束的高强度和单色性，使其在经过细丝后产生清晰的衍射斑图，从而能够准确测量细丝直径。
与传统的光学显微镜方法相比，激光衍射法具有更高的测量精度和测量范围，能够适用于不同类型和直径范围的纺织品细丝。
激光衍射法通过利用激光的特性和衍射现象，实现了对纺织品细丝直径的精确测量，为纺织品生产和质量控制提供了重要的技术支持。
1.2 纺织品细丝直径的重要性纺织品细丝直径是纺织品品质的重要指标之一。
纺织品细丝直径的大小直接影响着纺织品的质地、手感、透气性和耐磨性等性能。
纺织品细丝直径的精确测量对于调整纺纱工艺、改进纺织品产品质量具有重要意义。
纺织品细丝直径决定了纺织品的织物密度及表面光泽度。
纤维直径较细的纺织品更加柔软细腻，而直径较粗的纺织品则具有较强的耐磨性和结实度。
通过准确测量纤维直径，可以有针对性地调整纺纱工艺参数，生产出更符合市场需求的纺织品产品。
纺织品细丝直径对纺织品的透气性和吸湿性也有影响。
细丝直径较细的纺织品透气性好，吸湿快，适合夏季穿着；而较粗的纺织品则保暖效果更好，适合冬季穿着。
通过准确测量纤维直径，可以根据不同季节和用途要求生产出功能性更强的纺织品产品。
纺织品细丝直径的重要性不言而喻。
精确测量纤维直径将有助于提高纺织品的品质，满足消费者多样化的需求，推动纺织品行业的发展。
研究和应用激光衍射法测量纺织品细丝直径具有重要意义，值得进一步探索和推广。
2. 正文2.1 激光衍射法在纺织品细丝直径测量中的应用激光衍射法在纺织品细丝直径测量中的应用是一种非常有效的技术方法。
激光衍射测量和莫尔条纹技术ppt课件
条纹宽度不是一个定值，随条纹所处位置的不同而有所变化。
条纹宽度上等距分布的各点并不对应于一个节距角内光栅的等距位移 。
34
光栅式位移测量特点： ①精度高：可达0.1微米 ②大量程测量兼有高分辨力 ③可实现动态测量 ④具有较强的抗干扰能力
35
2、莫尔偏折法测量光学系统焦距
2d 2
ZT
-------Talbot距离
221
✓ 莫尔条纹的形成
1、遮光原理：一块光栅的不透光线纹对另一光栅缝隙的遮挡作用。 2、衍射干涉原理：衍射波之间的干涉结果 3、傅里叶变换原理：光栅副透射光场分解为不同空间频率的离散分量，莫尔条纹 由低于光栅频率的空间频率项所组成。 光栅条纹较疏的可直接用遮光原理来解释；而光栅条纹较密的用衍射干涉原理来 解释更为恰当；而傅立叶变换原理是一种广义的解释。
330
✓ 莫尔条纹测试技术 1、莫尔条纹测量位移
将被测几何量转换为莫尔条纹的变化 将莫尔条纹的变化经过光电转换系统转换为电信号 长度测量---长光栅
光栅传感器示意图 1-灯；2-聚光镜；3-标尺光栅；4-指示光栅；5-硅光电池
331
a、测量原理
u
u0
um
sin( 2 x ) w
记录波形变化周期数（条纹移动数）N，光栅的位移量 x=Nw
dxk 0.1%
db0.3m
考虑到环境干扰的影响,
db0.5m
113
3. 测量范围：
kf
b2
250
▪ 这意味着db的变化量可放大250倍。但随着b的增大，放大倍数将急剧地减小。f 的增大将 受到仪器尺寸的限制。所以衍射测量的高测量精度只有在测量微小尺寸时才能够得到保证。这 就决定了衍射测量的测量范围很小。
激光衍射测试技术介绍
演讲人
目录
01. 激光衍射测试技术原理 02. 激光衍射测试技术方法 03. 激光衍射测试技术应用案例 04. 激光衍射测试技术的发展趋
势
激光衍射测试技术原 理
激光衍射现象
激光衍射是光波在传播过程中遇到 障碍物或小孔时，发生散射的现象。
激光衍射现象是由于光波在传播过程 中遇到障碍物或小孔时，发生干涉和 衍射，形成明暗相间的条纹。
应用领域
激光测距：测量距离、速度、加
01
速度等参数 激光雷达：用于自动驾驶、无人
02
机、机器人等领域 激光通信：实现高速、远距离的
03
数据传输 激光医疗：用于眼科、皮肤科、
04
牙科等领域的诊断和治疗
激光衍射测试技术方 法
测试方法分类
01
单光束法：利用 单束激光进行衍 射测试，适用于 简单样品的测试
激光衍射 测试技术 在航空航 天领域的 应用
01
02
03
04
市场前景
激光衍射测试技术在工业生产中的应用越来越广 泛，市场需求持续增长。
随着科技的发展，激光衍射测试技术在科研领域 的应用也越来越多，市场潜力巨大。
激光衍射测试技术在医疗、环保等领域的应用也 在逐步拓展，市场空间广阔。
随着激光衍射测试技术的不断进步，未来市场将 更加多元化，竞争更加激烈。
性质。
激光衍射测试技术 可以分析材料的晶 体结构、晶粒大小、 晶界分布等参数， 为材料的设计和优
化提供依据。
激光衍射测试技术 还可以用于材料的 无损检测，如检测 材料的缺陷、裂纹 等，为材料的质量
控制提供支持。
激光衍射测试技术 在材料分析领域具 有广泛的应用前景， 如金属材料、陶瓷 材料、高分子材料
激光干涉衍射测量
分光棱镜
平板分光器
n1
n2
分光棱镜
偏振分光器
15
n0 >ne e e
o
渥拉斯顿棱镜
双折射偏振分光棱镜
洛匈棱镜
16
干涉仪的分光器件和反射器件
干涉仪中常用的反射器件：平面反射器、角锥棱镜反射器（图a）、直 角棱镜反射器（图b）、猫眼反射器（图c）
17
Hale Waihona Puke 干涉仪的典型光路布局和移相器6.1 激光干涉测量 6.2 激光衍射测量
1
补充知识：迈克尔逊干涉仪
• 迈克尔孙干涉仪原理图( i1= 0，光垂直入射)
M1
M2/
P
G1
G2
S
L1 L2 F A
M2
2
迈克尔孙干涉仪原理图(
M1 M2/
i1≠ 0)
G1（分光板）
G2（补偿板）
L1 S
M2
L2
A
F
3
4
• 由M2反射的光束可以当作是从它虚像M2′反射过来的， 这样，发生干涉的光束相当于M1与M2′之间的空气薄 膜反射形成的。
B2 S2
D2
考伦凯维奇型激光干涉仪的光路系统
S—氦氖激光器； T—准直透镜； C1—反射棱镜； R1、R2—转向棱镜； C2—角锥棱镜； S1、S2—光栏； B1、B2—分光镜； D1、D2—光电接收器；
24
JG-Ⅱ型激光干涉仪的光路系统
M1
M2
J
PBS C1 C2
T
S1 D1
M3
B1 M4
B2
激光干涉仪的典型光路布局有使用角锥棱镜反射器的光路 布局
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径近年来，随着纺织品行业的快速发展，对纺织品细丝直径的要求也越来越高。
传统的测量方法存在着测量精度低、工作效率低等问题，而激光衍射法则成为了一种新的测量手段。
激光衍射法通过测量纺织品细丝直径，可以达到高精度、高效率的测试效果，因此受到了广泛的关注和应用。
我们来了解一下激光衍射法是什么？激光衍射法是一种利用激光的衍射现象来测量物体尺寸的方法。
通过控制激光照射到被测物体上，当激光穿过不同直径的细丝时，会产生一定的衍射现象。
通过测量这种衍射现象的参数，可以得到被测物体的直径尺寸。
在纺织品行业中，细丝的直径是一个十分重要的参数，直接关系到纺织品的质量与性能。
而传统的测量方法比如显微镜观测法、卡尺测量法存在着不够精确、测量速度慢等问题，无法满足现代纺织品行业对细丝直径测量的需求。
而激光衍射法则可以有效地解决这些问题，具有高精度、高效率、非接触测量等优势，被广泛应用于纺织品细丝直径的测量中。
那么，激光衍射法是如何在纺织品细丝直径测量中应用的呢？激光衍射法需要一套完整的测量系统，主要包括激光发射器、衍射元件、光电检测器等组成。
在测量时，激光发射器将激光照射到被测物体上，被测物体会产生一定的衍射现象。
衍射元件将这种衍射现象转化成光强信号，光电检测器将光强信号转化成电信号，并传输给数据采集系统进行处理。
经过处理后，我们就可以得到被测物体的直径尺寸。
在实际的纺织品细丝直径测量中，激光衍射法具有以下优势。
高精度。
激光衍射法可以实现微米级别的测量精度，远高于传统的测量方法。
高效率。
激光衍射法无需人工接触被测物体，可以实现自动化测量，提高了测量效率。
非接触测量。
激光衍射法不需要与被测物体直接接触，减少了对被测物体的影响，保证了测量结果的准确性。
除了上述优势外，激光衍射法还可以实现对多个细丝直径的同时测量，大大提高了工作效率。
激光衍射法还可以实现对不同形状的细丝直径进行测量，具有一定的通用性。
激光衍射法
激光衍射法激光衍射法是一种用激光光束照射样品后，通过观察光束的散射图案来分析样品结构和性质的方法。
它是一种非常重要的实验技术，在材料科学、化学、生物学等领域都有广泛的应用。
一、激光衍射法的原理激光衍射法是利用激光光束照射样品后，观察光束的散射图案来分析样品结构和性质。
光束在照射样品后，会发生散射现象，这种散射现象可以被观察到，并用来分析样品的结构和性质。
激光衍射法的原理是基于光的散射现象。
当光线通过一个物体时，会发生散射现象。
散射光线的方向和强度与物体的形状、大小、密度和折射率等因素有关。
因此，观察散射光线的方向和强度可以了解物体的结构和性质。
二、激光衍射法的应用1. 材料科学领域激光衍射法在材料科学领域的应用非常广泛。
它可以用来分析材料的晶体结构、纤维结构、表面形貌等。
例如，利用激光衍射法可以研究纳米颗粒的大小和分布、聚合物的分子量和分子量分布、金属表面的形貌和粗糙度等。
2. 化学领域激光衍射法在化学领域的应用也非常广泛。
它可以用来分析分子的大小、形状、结构和分布等。
例如，利用激光衍射法可以研究蛋白质的分子量和分子量分布、聚合物的分子量和分子量分布、胶体粒子的大小和分布等。
3. 生物学领域激光衍射法在生物学领域的应用也非常广泛。
它可以用来分析生物分子的大小、形状、结构和分布等。
例如，利用激光衍射法可以研究细胞的大小、形状和表面结构、蛋白质的分子量和分子量分布、DNA 的大小和分子量等。
三、激光衍射法的优点1. 非接触性激光衍射法是一种非接触性的分析方法。
它不需要接触样品，可以避免样品受损或污染，同时也可以避免影响样品的测量结果。
2. 高精度激光衍射法可以实现非常高的精度。
它可以测量非常小的样品，同时也可以测量非常大的样品。
它可以测量样品的大小、形状、结构和分布等，可以提供非常详细的样品信息。
3. 非破坏性激光衍射法是一种非破坏性的分析方法。
它可以在不破坏样品的情况下进行分析，可以保持样品的完整性和稳定性。
高中物理 人教版选择性必修一第四章 5 光的衍射—6 光的偏振 激光
5光的衍射6光的偏振激光[学习目标]1．知道什么是光的衍射，知道产生明显衍射现象的条件.2.知道什么是光的偏振现象，知道光是一种横波.3.了解激光的特点和应用．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1．判断下列说法的正误．(1)衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的．(×)(2)只有波长长的光才发生衍射现象．(×)(3)横波和纵波都能产生偏振现象．(×)(4)自然光通过偏振片可以获得偏振光．(√)(5)用激光做双缝干涉实验是应用了激光具有高度的相干性的特点．(√)(6)利用激光的平行度好的特点，可以利用激光进行距离测量．(√)2．下列四幅图片中属于光的干涉的是________，属于光的衍射的是________．答案a b、d一、光的衍射导学探究(1)让一束红光照射在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，逐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小，观察照在屏幕上光斑的变化．缝宽大约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条纹有什么变化？(2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔观察太阳光，会观察到什么现象？答案(1)大约0.8 mm时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距逐渐变宽，但亮度逐渐减弱．(2)会观察到中央为亮圆，周围为彩色的圆环．知识深化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1所示．图1(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2所示．图2(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．(多选)关于光的衍射现象，下面说法正确的是( )A ．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹B ．白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹C ．光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射D ．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不存在光的衍射 答案 AC解析 红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹，白光的衍射图样是彩色条纹，光照到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮点，是衍射现象，光的衍射现象只有明显与不明显之分，D 项屏中大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象． 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．如图3所示，甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光通过同一双缝或单缝形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点可以得出的正确结论是()图3A．甲、乙是光的干涉图样B．丙、丁是光的干涉图样C．形成甲图样的光的波长比形成乙图样光的波长短D．形成丙图样的光的波长比形成丁图样光的波长短答案 A解析干涉条纹是等间距的条纹，因此甲、乙图是干涉图样，丙、丁图是衍射图样，故A正确，B错误；由公式Δx＝lλ可知，条纹宽的入射光的波长长，所以甲图样的光的波长比乙图样的光的波d长长，故C错误；丙图样的光的波长比丁图样的光的波长长，故D错误．三、光的偏振导学探究如图4所示，取一个偏振片P，让阳光通过偏振片P，在P的另一侧观察，可以看到偏振片是透明的；在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片Q，会看到什么现象？这说明什么？图4答案会看到在旋转Q时光的亮度发生变化．偏振片的作用类似于狭缝，只有振动方向与透振方向一致的光才能通过．当偏振片Q与P的透振方向平行时，穿过Q的光最强；当Q与P的透振方向垂直时，光不能透过Q.知识深化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(多选)如图5所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，则()图5A．图中a光为偏振光B．图中b光为偏振光C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮答案BD解析自然光在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光．从电灯直接发出的光为自然光，故A错；它通过偏振片A后，即变为偏振光，故B对；设通过A的光沿竖直方向振动，而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍无光亮，故C 错；以SP为轴将B转过90°后，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，故D对．针对训练(2019·重庆八中期中)如图6所示，白炽灯的右侧依次放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧，旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是()图6A．A、B均不变B．A、B均有变化C．A不变，B有变化D．A有变化，B不变答案 C解析旋转偏振片P，A处得到的是强度始终相同的偏振光，偏振光再经过偏振片Q，B处的光强随着P的转动而变化，当Q的透振方向与经过P的偏振光的振动方向垂直时，B处的光强最弱，选项C正确．四、激光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．关于激光的应用，下列说法正确的是() A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点C．医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点答案 C解析由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，B错误；医疗中用激光做“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；激光测距利用的是激光的平行度好的特点，D错误.1．(光的衍射)(多选)对光的衍射现象的定性分析，正确的是()A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物继续传播的现象B．衍射条纹图样是光波相互叠加的结果C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论答案ABC解析根据光的衍射现象的定义可知选项A正确；衍射图样中有亮、暗条纹，这是光波相互叠加的结果，加强区为亮条纹，减弱区为暗条纹，选项B正确；因为衍射是波特有的现象，所以光的衍射现象的发现为光的波动说提供了有力证据，选项C正确；当障碍物较大时，光的衍射很弱，光几乎沿直线传播，即光的直线传播只是特殊情况下的近似，二者是统一的，选项D错误．2．(单缝衍射与双缝干涉的比较)(多选)如图7(a)所示是做双缝干涉实验的示意图．先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝．若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，红光波长大于蓝光波长，则()图7A．完成操作1后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹B．完成操作1后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹C．完成操作2后，光屏上出现的是图(b)图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹D．完成操作2后，光屏上出现的是图(c)图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹答案AD解析题图(b)中的条纹为等间距明暗相间条纹，是干涉图样，再根据条纹宽度的有关因素分析即可．题图(c)为中间最宽且不等间距明暗相间条纹，是衍射条纹，再根据条纹宽度的有关因素进行分析即可．操作1是双缝干涉实验，故条纹间距相等，光屏上出现题图(b)图案，由图案知甲的波长大于乙的波长，故甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A正确；操作2是单缝衍射，条纹间距不相等，光屏上为题图(c)图案，再结合波长关系可知D正确．3．(光的偏振)(2020·天津二中期中)关于光的偏振现象，下列说法正确的是()A．偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同B．自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光C．光的偏振现象说明光是一种纵波D．照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用答案 B解析自然光在垂直于传播方向上沿一切方向振动，且各个方向振动的光波强度都相同，而偏振光在垂直于传播方向上沿某个方向振动的光波强度最大，选项A错误；自然光在水面反射时，反射光和折射光的振动方向不同，但都是一定程度的偏振光，选项B 正确；光的偏振现象，说明光是一种横波，选项C错误；照相机的增透膜，使得光线因反射发生干涉相消现象从而增大透光性，属于光的薄膜干涉的应用，选项D错误．4．(激光的应用)(多选)激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空．激光火箭利用了激光的()A．单色性好B．平行度好C．高能量D．相干性好答案BC解析由于激光站与火箭相距较远，为了减少能量损失，必须要求激光具有很好的平行度，同时利用激光的高能量特点．考点一光的衍射1．(2018·合肥八中期末)一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹．现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到()A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗些B．与原来不相同的明暗相间的条纹，中央亮条纹较宽C．只有一条与缝宽对应的亮条纹D．无条纹，只存在一片红光答案 B解析因产生了干涉现象，说明两缝都很窄，能够满足使红光发生明显衍射的条件，即挡住一条窄缝后，在屏上得到的是红光的单缝衍射图样，故选B.2．(2018·厦门一中期末)某同学使用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条宽度为0.05 mm 的窄缝(水平)，进行光的衍射实验，如图1所示，则他在光屏上看到的条纹是()图1答案 D解析单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，D对．3．(2020·吉安一中期中)某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图2所示的衍射图样．据此可以判断出()图2A．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样B．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样C．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲对应的圆孔直径较大D．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙对应的圆板直径较大答案 A解析题图甲图样为明暗相间的圆环，而题图乙图样在阴影的中心有一个亮斑——泊松亮斑，故甲为光线通过圆孔后形成的衍射图样，乙为光线射到不透光的圆板上形成的衍射图样，故A正确．4.(2019·上海奉贤质量调研测试)如图3所示为观察光的衍射现象的装置，让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现衍射图样．现保持狭缝到光屏的距离不变，略微减小狭缝的缝宽，则再观察到的条纹是()图3A．间距相等的更窄条纹B．间距相等的更宽条纹C．间距不等的更窄条纹D．间距不等的更宽条纹答案 D解析在观察光的衍射现象的实验中，保持狭缝到光屏的距离不变，屏上明暗相间的条纹间距随缝宽的减小而增大．则再观察到的条纹是间距不等的更宽条纹，故选D.考点二光的偏振5．(多选)如图所示，一束自然光通过偏振片照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有(偏振片上用箭头表示其透射方向)()答案ABD解析自然光通过偏振片后成为偏振光，当偏振光的振动方向与偏振片的透振方向平行时能够通过，垂直时不能通过，所以A、B、D正确．6．(多选)当以入射光线为轴转动偏振片时，通过偏振片观察电灯、烛焰、月球、反光的黑板，看到现象有何不同()A．观察电灯和烛焰时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化B．观察电灯和烛焰时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化C．观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化D．观察月球和反光的黑板时，透射光的强弱随偏振片的旋转而变化答案BD解析通过一块偏振片去观察电灯、烛焰时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化．因为灯光、烛光都是自然光，沿各个方向振动的光的强度相同，因此当偏振片旋转时，透射出来的光波的振动方向虽然改变了，但光的强弱没有改变．月球和黑板反射的光已经是偏振光，它通过偏振片透射过来的光线和强弱都会随偏振片的旋转发生周期性的变化，故B、D正确，A、C错误．7．(2020·郑州七中期中)在日落时分拍摄水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是()A．减少阳光在水面上的反射光B．最大限度地阻止阳光在水面上的反射光进入照相机镜头C．增强光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度D．减弱光由水面射入空气中的折射光进入镜头的强度答案 B解析日落时分的阳光照射到水面上时，反射光很强，照相机镜头对着水面时，进入镜头的光线既有阳光经水面的反射光，又有由水中折射入空气的折射光，折射光线进入镜头所摄得的照片才是水下景物的像．在镜头上安装一个偏振片，转动偏振片方向使其透振方向与反射光的偏振方向垂直，即可最大限度地阻止反射光进入镜头，增强图像的清晰度．B正确．考点三激光及其应用8．(2020·上海市南洋模范中学期中)在激光的伤害中，以机体中眼睛的伤害最为严重．激光聚于感光细胞时，产生过量热量而引起的蛋白质凝固变性是不可逆的损伤，一旦损伤以后就会造成眼睛的永久失明，激光对眼睛的危害如此之大的主要原因是()A．单色性好B．高能量C．相干性好D．平行度好答案 B解析由题意可知，激光聚于感光细胞时产生过量热量而引起的蛋白质凝固变性是造成眼失明的原因，说明引起这一现象的主要原因是激光的高能量性，故B正确，A、C、D错误．9．(多选)以下说法正确的是()A．激光是一种人工产生的相干光，具有高度的相干性B．由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象C．光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物D．普通摄像技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息摄像技术还可以记录光波的相位信息答案ACD10．(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的气象现象，发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是由于在这种情况下()A．只有波长较短的一部分光才能到达地面B．只有波长较长的一部分光才能到达地面C．只有频率较高的一部分光才能到达地面D．只有频率较低的一部分光才能到达地面答案BD解析根据光发生明显衍射现象的条件知，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光能到达知，到达地面的光是频率较低的一部分光，故选项B、D正确．地面，据λ＝cf11．(多选)鉴别奶粉的质量，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如图4所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法正确的是()图4A．到达O处的光的强度会明显减弱B．到达O处的光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于α答案ACD解析自然光通过偏振片后得到振动方向与偏振片的透振方向平行的偏振光，该偏振光经被测样品后，其偏振方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度α，到达B的光的偏振方向与B的透振方向不完全一致，故O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；若将A或B转动一个角度，使得O处光的强度最大，说明它们转过的角度等于α，故C、D正确．。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径激光衍射法是一种常用于测量纺织品细丝直径的方法。
它基于激光经过细丝表面时发生的衍射现象，通过测量衍射图样来计算细丝的直径。
激光衍射法具有非接触式、高精度、快速测量等优点，因此在纺织品行业中被广泛应用。
1. 准备工作：选择合适的激光装置和衍射光学系统。
激光应具有单色性、方向性和高亮度。
衍射光学系统包括激光发射器、衍射光学元件、接收器等。
2. 校准系统：使用已知直径的标准样品对系统进行校准。
此步骤旨在获取系统的响应曲线，以便后续测量时可以根据衍射图案确定纤维直径。
3. 光源发射：将激光照射在待测细丝上，激光光束经过细丝表面后会发生衍射现象。
根据光源和接收器的位置关系，可以选择不同的衍射模式，如前向散射、背向散射和侧向散射等。
4. 衍射图案采集：使用接收器接收衍射光，将衍射图案转化为电信号，并通过AD转换器将电信号转化为数字信号。
然后，将数字信号送入计算机进行图像采集和处理。
5. 细丝直径计算：根据采集到的衍射图案，使用计算机进行图像处理和分析，计算出细丝的直径。
常用的计算方法包括傅里叶分析、角度分析、边缘检测等。
6. 结果输出：将测量结果以数值或图像的形式输出给用户。
通常，结果以平均直径和直径分布的形式呈现。
激光衍射法可以测量各种纺织品的细丝直径，例如丝绸、化纤、纱线等。
其优点在于测量速度快、精度高、非接触测量等。
与传统的显微镜测量方法相比，激光衍射法可以同时测量多根细丝，节约时间和人力成本。
激光衍射法也存在一些限制。
细丝表面的质量和形状会对测量结果产生影响，因此需要在实际测量中进行修正。
衍射图案的采集和处理需要一定的专业知识和技术，对操作人员要求较高。
激光衍射法是一种经济高效、准确可靠的纺织品细丝直径测量方法。
它在纺织品行业中得到广泛应用，可以提高生产效率和产品质量。
随着技术的不断进步，激光衍射法将继续发展，并在纺织品制造领域发挥更大的作用。
激光衍射测量技术
1980年代
随着计算机技术的发展，激光 衍射测量技术逐渐成熟，并广
泛应用于各个领域。
1990年代至今
激光衍射测量技术不断创新和 完善，成为一种高精度、高效
率的测量技术。
激光衍射测量技术的应用领域
微纳测量
用于测量微小尺寸和纳 米级结构，如微电子器
件、纳米材料等。
生物医学
用于测量生物细胞、蛋 白质等生物分子的结构
光电探测器接收衍射光信号，并将其转换为电信号，信号处理和控制系统对电信号 进行分析和处理，最终得到测量结果。
03
激光衍射测量技术
的实验方法
实验前的准备
选择合适的测量仪器
确定测量参数
根据实验需求选择合适的激光器、光路系 统、探测器等设备，确保测量精度和稳定 性。
根据被测物体特性，确定合适的测量距离 、角度、波长等参数，确保测量结果的准 确性。
激光衍射测量技术
目录
CONTENTS
• 激光衍射测量技术概述 • 激光衍射测量技术的基本原理 • 激光衍射测量技术的实验方法 • 激光衍射测量技术的应用实例 • 激光衍射测量技术的优缺点
01
激光衍射测量技术
概述
定义与原理
定义
激光衍射测量技术是一种利用激光束 的衍射效应进行测量和检测的技术。
原理
快速测量
激光衍射测量技术具有快速测量的特点，能够实现快速、实时的测量， 提高了测量效率。
高分辨率
激光衍射测量技术具有高分辨率的成像能力，能够清晰地呈现出被测 物体的细节和结构。
缺点
对环境要求高
激光衍射测量技术对环境条件 要求较高，需要在恒温、恒湿 、无尘的环境中进行测量，以 确保测量结果的准确性和稳定 性。
第四章 5 《光的衍射》 6 《光的偏振 激光》课件ppt
(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
光波长越长,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。
2.圆孔衍射
(1)圆孔衍射
如图所示,当挡板AB上的圆孔较大时,光屏上出现图甲所示的情形,无明显
的衍射现象发生;当挡板AB上的圆孔很小时,光屏上出现图乙所示的衍射
图样,为明暗相间的圆环。
(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。
经偏振
片后现
象比较
偏振光
比较项 自然光
偏振光
如上图所示,通过偏振片
如上图所示,偏振光经偏振片后,若偏振
经偏振 后,自然光就变成了偏振
方向与透振方向平行,屏亮;若垂直,则屏
片后现 光,转动偏振片,偏振光的 暗;若介于两者之间,则屏上亮度介于两
象比较 亮度不变,但偏振方向随
之变化
者之间并随偏振方向与透振方向夹角的
垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的
强度都相同。这种光是“自然光”。
(2)偏振片:由特定的材料制成的光学仪器。
(3)偏振片的透振方向:个偏振片都有一个特定的方向,沿着这个方向振
动的光波能顺利通过偏振片,偏振方向与这个方向垂直的光不能通过,这个
方向叫作“透振方向”。
(4)偏振光:①通过偏振片的光波,在垂直于传播方向的平面上,沿着某个特
光电测试技术-第4章 激光衍射测试技术
成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。
目前制作的光纤光栅反射率R可达98％，反射谱宽为 1nm。
§4-3 衍射光栅
4.3.2 衍射光栅应用例
4．光栅分束器
偏振器 氦氖激光器 干涉图平面
Байду номын сангаас光栅1
光栅2
滤波孔径 成像透镜 准直镜 待检表面
掠入射干涉仪光路图
4.1.2 圆孔衍射 圆孔夫琅和费衍射条纹的极值位置及光强分布
条纹序数
中央亮纹 第一暗纹 第一亮纹 第二暗纹 第二亮纹 第三暗纹 第三亮纹
ψ
0 1.22π=3.832 1.635π=5.136 2.233π=7.016 2.679π=8.417 3.283π=10.174 3.699π=11.620
4.3.1 衍射光栅
能够使入射光的振幅或位相，或者两者同时产生周期性 空间调制的光学元件叫做衍射光栅。
分类：根据利用反射光还是透射光，衍射光栅可分为反 射光栅和透射光栅两类；按它对入射光的调制方式又可 分为振幅光栅和位相光栅；此外，还有矩形光栅和余弦 光栅，一维、二维、三维光栅等。 光栅种类虽然较多，但其主要应用是作为分光元件，在 光谱测试、光通信系统等领域有广泛的应用。
其主要检测方法有两种：傅立叶变换检测法和二次傅立 叶变换检测法。
傅立叶变换检测法
物平面 透镜 频谱面
f
f
G (u, v) c g ( , ) exp j 2 (u v )dd x y 式中，u ,v 为光分布的空间频率， f f f为透镜焦距。
sinθ
0 1.22λ/2r 1.635 λ/2r 2.233 λ/2r 2.679 λ/2r 3.283 λ/2r 3.699 λ/2r
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
激光衍射法是一种广泛应用于纺织品领域的非接触式测量方法。
该方法可以快速、准
确地测量纺织品细丝的直径，而且不会对样品造成任何损伤。
该方法的基本原理是，利用激光光束对样品进行照射，然后通过衍射的光线进行测量。
当激光光束照射到样品表面时，光线会发生散射和衍射。
这些衍射光线被收集并传送到检
测仪器中进行分析。
通过分析衍射光线的模式和相位，可以确定样品的直径。
激光衍射法具有许多优点。
其中最重要的是测量精度高、可靠性强和速度快。
此外，
该方法还可用于对大量样品进行自动化测量。
然而，激光衍射法的测量结果可能会受到许多因素的影响，如激光光束的直径、样品
表面的反射性和衍射角度等。
因此，在进行测量前必须进行仔细的准备工作，以确保获得
准确和一致的结果。
在使用激光衍射法测量纺织品细丝直径时，首先必须准备好样品。
样品应该被修剪成
长度适当的段，确保在测量过程中不会发生不必要的扭曲和形变。
随后，样品应该被放置在一个合适的位置，以确保激光光束可以照射到样品的准确位置。
为了避免反射造成的错误测量结果，通常采用黑色或无反射涂层处理样品表面。
然后，使用激光衍射仪器进行测量。
该仪器通常由激光光源、检测仪器和计算机组成。
操作人员向仪器输入各种参数，如激光光束的波长、衍射角度和检测器的位置等，在测量后，计算机将自动计算出样品直径。
最后，在测量完成后，操作人员应该对结果进行分析和理解。
测量结果应该与实际样
品直径进行比较，以确保结果的准确性和一致性。
【第4章 激光干涉与衍射测试技术】第1次课
4-1 激光干涉测试技术概述
特点： 具有更高的测试灵敏度和准确度；
绝大部分的干涉测试都是非接触式的，不会对被测件 带来表面损伤和附加误差；
较大的量程范围； 抗干扰能力强； 操作方便；
在精密测量、精密加工和实时测控的诸多领域获得广 泛应用。
4-1 激光干涉测试技术概述
分类：
1
I max (1 n m 2 n ) I 1 I min (1 n m 2 n ) I 1
于是
2 n K 1 n m
4-2 激光干涉原理与条件
比较式
K
2 n n 1
影响干涉条纹对比度的因素 可见，在两支光强比n较 ③相干光束光强不等和杂散光的影响 小时，杂散光对条纹对比 度的影响远比两支干涉光 当n = 1时，有 2 的光强不相等的影响要严 K 2m 重得多。
4-2 激光干涉原理与条件
可见，没有必要追求两支 影响干涉条纹对比度的因素 相干光束的光强严格相等。 ③相干光束光强不等和杂散光的影响 尤其在其中一支光束光强 设两支相干光的光强为I2=nI1，则有 很小的情况下，人为降低 另一支光束的光强，甚至 2 n K 是有害的。因为这会导致 n 不适当地降低干涉图样的 1 照度，从而提升了人眼的 图4-4 对比度K与两支干涉光强比n的关系 对比度灵敏阈值，不利于 非期望的杂散光进入干涉场，会严重影响条纹对比度。 目视观测。 设混入两支干涉光路中杂散光的强度均为 I ' m I ，则
天津大学工程光学实验——激光衍射法测量细丝直径
专业：测控技术与仪器
年级：
成绩：
f
2x
632.8 109 60 102 0.095mm 2 2 103
故细丝的直径约为 0.095mm.
x f
图1 当一束激光照射到被测细丝上，发生衍射效应，在透镜焦距 f 处接收 其衍射光强分布图，由衍射光强分布图测出第 n 级暗纹中心到中央零级 条纹中心的距离 X，即可计算出细丝直径。 值得注意的是： 此法虽然测量精度较高， 但一般只适用于测量 0.5mm 以下的细丝直径，同时要求 L>>d。 三、 实验内容与要求
测量原理如图1所示当一束激光照射到被测细丝上发生衍射效应在透镜焦距f处接收其衍射光强分布图由衍射光强分布图测出第n级暗纹中心到中央零级条纹中心的距离x即可计算出细丝直径
天津大学本科生实验报告
课程名称：工程光学 实验四
一、 实验目的
姓名：
学号：
学院：精仪学院
实验内容
专业：测控技术与仪器
年级：
成绩：
激光衍射法测量细丝直径
1. 了解衍射效应在计量技术中的应用 2. 掌握激光衍射法测量细丝直径的基本原理和测量方法 二、 实验原理 激光衍射法测量细丝直径是基于巴俾捏原理：两个互补的障碍物，其夫 朗和费衍射图形、光强分布相同，位相相差π/2，因此，当细丝直径与狭缝 宽度相等时，他们是两互补障该物，可以用测量狭缝的方法测量细丝直径。 测量原理如图 1 所示
ห้องสมุดไป่ตู้
本实验方法对被测直径是 O.6mm 的细丝适用吗？ 答：不适用，此法虽精度高，但一般只适用于 0.5mm 以下的细丝直径测量，若直 径过宽会导致衍射暗纹距中央亮条纹过近以致难以辨别，或根本找不到暗纹，暗 纹级次难以分辨出，故 0.3mm 细丝不适用。 五、 数据处理 （暗条纹） ； sin
激光衍射技术
激光衍射技术电测控51 05043005 冯宁激光衍射测试技术摘要:激光衍射的原理，激光衍射的应用,激光衍射的发展关键词：激光、衍射、测量、波、传播等光的衍射现象：光波在空间传播遇到障碍时，其传播方向会偏离直线传播，弯入到障碍物的几何阴影中，并呈现光强的不均匀分布的现象惠更斯——菲涅耳原理是波动光学的基本原理, 是研究衍射现象的理论基础。
一、惠更斯原理在研究波的传播时，总可以找到同位相各点的几何位置，这些点的轨迹是一个等相面，叫做波面，惠更斯曾提出次波的假设来阐述波的传播现象,从而建立了惠更斯原理。
惠更斯原理可表述如下：任何时刻波面上的每一点都可作为次波的波源,各自发出球面次波；在以后的任何时刻,所有这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面。
根据这个原理,可以从某一时刻已知的波面位置求出另一时刻波面的位置。
s's's s r=vt（图2－1)图2-1可以用来说明这个原理，图中SS 是某一时刻（0=t ）的波面,箭头表示光的传播方向，若光速为υ，为了求得另一时刻τ的波面的位置，可以把原波面上的每一点作为次波源，各点均发出次波，经时间τ后,次波传播的距离为υτγ=,于是各次波的包络面''S S 就是在时刻τ的波面，光的直线传播、反射、折射等都能以此来进行较好的解释。
此外，惠更斯原理还可解释晶体的双折射现象，但是，原始的惠更斯原理是十分粗糙的，用它不能说明衍射的存在，更不能解释波的干涉和衍射现象，而且由惠更斯原理还会导致有倒退波的存在，而其实并不存在倒退波。
由于惠更斯原理的次波假设不涉及波的时空周期特性——波长，振幅和位相，因而不能说明在障碍物边缘波的传播方向偏离直线的现象。
事实上，光的衍射现象要细微得多。
例如还有明暗相间的条纹出现,表明各点的振幅大小不等，因此必须能够定量计算光所到达的空间范围内任何一点的振幅，才能更精确地解释衍射现象。
二、菲涅耳对惠更斯原理的改进菲涅耳根据惠更斯的“次波”假设，补充了描述次波的基本特征——位相和振幅的定量表示式，并增加了“次波相干叠加”的原理，从而发展成为惠更斯—菲涅耳原理，这个原理的内容表述如下：Q S ds rr 0θp(图2－2）如图2—2所示的波面S 上每个面积元dS 都可以看成新的波源，它们均发出次波，波面前方空间某一点P 的振动可以由S 面上所有面积元所发出的次波在该点叠加后的合振幅来表示。
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半波带
a
衍射角为θ的衍射光 线中两边缘光束A和B 有最大光程差：
AC a sin
缝端光程差
B
B1
B2
C
A
2
2
半波带法
用/2分割δ，过等分点作BC 的平行线（面），同时将缝AB
等分。此种划分光程差的方法称为半波带法。
11
当a sin 时
θ
1
B
半波带
a
半波带
2 1′ 2′ 1
2 1′ 2′
衍射
1
4 激光衍射测量 4.1 激光衍射测量基本原理
4.1.1 单缝衍射测量 4.1.2 圆孔衍射测量 4.1.3 光栅衍射测量
2
单缝衍射
同机械波一样，光也有绕过障碍物发生衍射的现象。由于衍射现象只在 入射波波长与障碍物尺度量级大致相当时才明显，因此对于波长较长的声 波或无线电波，衍射现象十分明显。但对于波长很短的可见光来讲，衍射 只在尺度很小的障碍物情形下发生，因而一般表现为直线传播的特征。 衍射 光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影区,并在与传播路径垂
直的方向上出现光强不均匀分布的现象。 同光的干涉现象一样，衍射也是光的本质特性之一。
3
一、惠更斯-菲涅耳原理
1.惠更斯原理的缺陷
Huygens原理的球面子波观点可以较好地解释光的直线传播、反射和 折射等现象，但不能说明光强的非均匀分布，只能粗略地定性解释光的衍 射。这是由于Huygens原理没有涉及光的时间和空间周期性——波长和相 位，因而不能定量解释衍射现象。
衍射角越大：a.半波带数目越多，每个半波带 面积就越小，能量越低；b.每个子ห้องสมุดไป่ตู้源的振幅 越小，能量越小；未被抵消的半波带上每个子 光源的相位也不同，亮度不可能完全加强。
3 2 1
1
I
2
3 16
②条纹宽度
相邻暗纹中心之间的距离定义为明纹宽度。各级明纹的线宽为：
xk
xk1 xk
f a
中央明纹的线宽（正、负一级暗纹间距）为：
A
λ/2
半波带 半波带
两个“半波带”上发的光在P处相消形成暗纹。
12
③当a sin 3 时, 可将缝分成三个“半波带”
2
B
半波带
a 半波带
半波带
A
θ
λ/2
P处近似为明纹中心
④当 a sin 2
Bθ
a
时, 可将缝分成四个“半波带” 形成暗纹。
A λ/2
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半波带的性质
①各带面积相等，子波数也相等，在P点产生的子光振幅也近似相等；
2.惠更斯-菲涅耳原理
Fresnel在Huygens子波假
设的基础上，补充了描述波的
基本特征量—相位和振幅的定
量表示，并增加了“子波振幅
按相位叠加”的原理，即：从
S
同一波阵面各点发出的子波，
也可以相互叠加，成功解释了
光的衍射现象。
4
①原理内容
波面上任一面元ds都可以看成新的波源而发出子波，波面前方空间某
②相邻带上的对应点按相同衍射角θ发出的的光在P点处的光程差为半波 长、相位差为π，因而在P点干涉相消。
可见，P点的光振动是加强还是减弱，即条纹特性取决于最大光程差，也 就是缝AB被等分的半波带数。
如果正好被等分为奇数个半波带，则P点为亮纹； 如果正好被等分为偶数个半波带，则P点为暗纹； 否则强度介于明纹与暗纹之间。
nˆ u ds
rP S
E
P
C
S
k
cos
t
r
2
r
ds
Fresnel积分
6
二、单缝夫琅禾费衍射
1.衍射分类 按照光源和观察点到障碍物的相对位置的不同，通常把衍射分为两大类：
菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射。
①Fresnel衍射（近场衍射）
在菲涅耳衍射中，障碍物
（孔隙）距光源和光屏的距离
都是有限的，或其中之一是有
xo
2
f a
2xk
a sin 2k
2
k
sink
2k
2a
线位置
xk f tank f sink
xk
2k
f
2a
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5.Fraunhofer衍射花样
分别由明纹、暗纹线位置关系：
明纹
xk
2k
1
f
2a
暗纹
xk
2k
f
2a
k 1,2,
可以得到衍射花样具有如下特征：
①亮度分布
中央明纹最亮，各级明纹的量度随级数的增大 而减弱。
似准确的结果。下面以此为例说明。
8
9
2.单缝Fraunhofer衍射装置与现象
①衍射装置
薄透镜L1将光源 的光变为平行光，
L2 L1
P
使得装置产生的衍
射符合夫琅禾费衍 S
射条件。L2把平行
o
光又汇聚在焦平面
上成像，便于观察
夫琅禾费衍射的衍
射花样。
②衍射花样的特点
中央有一特别明亮的条纹， 两侧排列着一系列强度较小的亮 纹；相邻亮纹间是暗纹。
点P的振动由S面上所有面元所发出的子波在该点引起的振动叠加来表示。
面元ds发出的子波的振幅和相位满足如下三条假设：
① 波面是等相面，ds面元上各点
所发出的所有子波具有相同的初
相位（可设φ0=0）；
② 面元ds发出的子波在P点的振 幅与距离r成反比，与ds成正比， 并随ds的法线与ds到P点的连线 间的夹角θ增大而减小；
限的。菲涅耳衍射的观察比较
S
方便，但Fresnel积分的出现，
使得定量计算变得非常复杂。
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②Fraunhofer衍射（远场衍射）
在夫琅禾费衍射中，障碍物（孔隙）距光源和光屏的距离都是无限的， 即实际上使用的是平行光束。夫琅禾费衍射的定量计算相对简单。
L2 L1
S
P
x o
f
Fraunhofer衍射可通过使用简单实用的方法——半波带法得到重要而近
若以相邻暗纹间的距离为亮纹宽 度，则两侧亮纹是等宽的，中央亮 纹的宽度是两侧亮纹宽度的2倍1。0
3.Fraunhofer衍射的分析方法-半波带法
衍射角 衍射光线与缝平面法向间的夹角称为衍射角。
①中央明纹
由于缝平面是等相面，且 透镜不附加光程差，因而汇 聚于屏幕中央光线其光程差 为零，形成中央明纹。
4.Fraunhofer衍射的极值条件 ①中央明纹的位置 角位置
asin 0 0
线位置
xo f tano 0 14
②明纹的位置
角位置
a sin 2k 1
2
线位置
xk f tank f sink
③暗纹的角位置
k 1,2,
k
sink
2k
1
2a
xk
2k
1
f
2a
角位置
nˆ ds
rP
S
③ 面元发出的子波在P点产生的 振动的相位由光程δ=nr决定。
2
5
②数学表述 根据以上假设，波面面元ds的子波在P点引起的振动可表示为：
dE
Ck
ds r
cos
t
2
r
Ck ds cos t k r r
其中： k 2 nˆ 2 uˆ 称为波矢。
则波面各子波在P点的合振动为：