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1、11-6 光的衍射11-7 单缝衍射11-8 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领11-9 衍射光栅,第十一章 光学-光的衍射,一 光栅,由大量的等宽度、等间距的平行狭缝构成的光学元件.,透射光栅,类型：透射光栅 反射光栅,反射光栅,光栅常数：,光栅常数,：透光部分的宽度,：不透光部分的宽度,光栅常数,光栅常数:取决于单位长度内 光栅的狭缝数.,如:宽10cm、总刻痕数N=104105的光栅,二 光栅衍射条纹的形成,光栅衍射是单缝衍射和多缝干涉的总效果.,两个同方向同频率简谐振动的合成,两个同方向同频率简谐振动合成后仍为简谐振动,相位差,多缝干涉,多个同方向同频率简谐振动的合成,2）,1）,个矢量依次
2、相接构成一个闭合的多边形.,2）,1）,个矢量依次相接构成一个闭合的多边形.,多缝干涉,相邻两缝间的光程差：,二 光栅衍射条纹的形成,1.主明纹,相邻两缝光束间的相位差:,-光栅方程,所对应的主明纹:第一级,第二级主明纹.,所对应的主明纹:中央主明纹.,1.主明纹,1.主明纹,2.缺级现象,如果某一级主明纹衍射角同时满足,多缝干涉极大,单缝衍射极小,每一单缝在此方向对应暗纹中心，这样，按照光栅公式应该出现明纹的地方，实际上却是暗区,这种现象叫做光栅的缺级现象.,缺级级数,随级数增大，亮度减小.,一定，减少，增大,光栅常数越小，明纹越细，明纹间距越大.,当 较小时，,光栅中狭缝条数越多，明纹越细
3、，越亮，间距越大.,一定，减少，增大,光栅常数越小，明纹越细，明纹间距越大.,当 较小时，,一定，增大，增大,入射光波长越大，明纹间距越大.,入射光为白光时，不同，不同，按波长分开形成光谱.,三 衍射光谱,例如二级光谱重叠部分光谱范围,二级光谱重叠部分:,光谱分析,由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量.,光栅衍射的主明纹:,-缺级级数,例 用白光垂直照射在每厘米有6500条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角.,解,红光,第三级光谱的张角,第三级光谱所能出现的最大波长,绿光,紫光,不可见,例 波长
4、=600nm的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为,且第四级是缺级求:(1)光栅常数(a+b)等于多少？(2)透光缝可能的最小宽度a等于多少？(3)在选定了上述(a+b)和a之后，可能观察到的全部主极大的条数,例 波长=600nm的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为,且第四级是缺级求:(1)光栅常数(a+b)等于多少？,解,-主明纹,例 波长=600nm的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为,且第四级是缺级求:(2)透光缝可能的最小宽度a等于多少？,缺级级数:,例 波长=600nm的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为,且第四级
5、是缺级求:(3)在选定了上述(a+b)和a之后，可能观察到的全部主极大的条数,缺级,可能观察到的全部主极大的级次:0,1,2,3,5,6,7,9.,共15条主极大.,例:双缝缝距d=0.40mm,两缝宽度都是a=0.08mm，用波长=4800的平行光垂直照射双缝,在双缝后放一焦距f=2.0m的透镜.求:(1)在透镜焦平面处的屏上，双缝干涉条纹的间距x;(2)在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目.,减弱,加强,暗纹,例:双缝缝距d=0.40mm,两缝宽度都是a=0.08mm，用波长=4800的平行光垂直照射双缝,在双缝后放一焦距f=2.0m的透镜.求:(1)在透镜焦平面处的屏上，双缝干涉条
6、纹的间距x;(2)在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目.,解：对双缝干涉第k级明纹有,第k级明纹在屏上的位置,条纹间距,例:双缝缝距d=0.40mm,两缝宽度都是a=0.08mm，用波长=4800的平行光垂直照射双缝,在双缝后放一焦距f=2.0m的透镜.求:(2)在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目.,单缝衍射的中央亮纹角范围,对双缝干涉第k级明纹,在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹级数,例:双缝缝距d=0.40mm,两缝宽度都是a=0.08mm，用波长=4800的平行光垂直照射双缝,在双缝后放一焦距f=2.0m的透镜.求:(2)在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目.,在
7、单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹级数,在单缝衍射中央亮纹范围内的双缝干涉亮纹数目,能出现的条纹级数:0,1,2,3,4.,作业P170 11-28 11-31,1895年11月,德国物理学家伦琴发现，受高速电子撞击的金属会发射一种穿透性很强的射线,-射线,四 X 射线的衍射,12月22日伦琴为夫人的手拍下了第一张 x 光照片,1901年伦琴获第一个诺贝尔物理学奖,1895年11月,德国物理学家伦琴发现，受高速电子撞击的金属会发射一种穿透性很强的射线,-射线,1914年劳厄获诺贝尔物理学奖,晶面,晶格常数 d,掠射角,干涉加强：,-布拉格公式,1913年英国布拉格父子提出了一种解释射线衍射的方法，给出了定量结果.,1915年布拉格父子同获诺贝尔物理学奖,布拉格公式,用途 测量射线的波长研究X射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能.例如对大分子 DNA 晶体的成千张的X射线衍射照片的分析，显示出DNA分子的双螺旋结构.,DNA 晶体的X衍射照片,NIST的McClelland等人制造的沉积在蓝宝石基片上的铬的一维光栅结构-平均间距为212.7787 nm 0.0049 nm,原子光刻技术原理,原子炉,原子在衬底上的分布,激光驻波场(光学势阱)如同一系列的柱面透镜,激光冷却,
