光的衍射现象惠菲原理优秀课件

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高二物理竞赛光的衍射和惠更斯-菲涅耳原理PPT(课件)

A2 C
B /2
P Q
o
P Q
o
R
L
A
A1
A2 C
B /2
P BC bsin
Q
k
o
2
（ k个半波带）
bsin 0
中央明纹中心
bsin2kk相消干涉（暗纹）2k个半波带
bbssiinn k(2k2（介1)于2明相暗长之干间涉）（(明k纹）1,2 个2,k半3,波 1带)
2
二. 光强分布
bsin2kk 相消干涉（暗纹） bsin(2k2 1) 相长干涉（明纹）
一般而言，当 b 是的几万倍以上，光就显出直线
传播，屏上现出单缝透过透镜形成的实像——几何光学。
几何光学是波动光学在 0 时的极限情形。
b
(2) 当缝的宽度 b时，由 bsink可知，即
使对于一级暗纹来说，
sin 1 不可能
b
故连第一级暗纹也不出现，中央亮纹将延展到整个屏上。
结论：当 b和 b 时都观察不到衍射条纹。
* 光源、屏与缝相距无限远
S ：波阵面上面元光能绕过障碍物的边缘，而且衍射后能形成具有明暗相间的衍射图样——光的衍射现象
即各级衍射条纹的衍射角都很小，所有条纹几乎都与零级条纹集中在一起无法分辨。
S 子波在点引起的振动振幅并与有关。
(1) 当缝的宽度
时，由
可知，
(子波波源)
单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？
结论：当
和
时都观察不到衍射条纹。
当 b ~ 时，衍射现象显著。
b
中央明纹的半角宽度
子波在点引起的振动振幅并与有关。
(衍射角：顺时针为正，逆时针为负)

大学物理第15章a光的衍射课件

(a+b)sin0
(a+b)(sin sin0 )=k k=0,±1, ±2, ±3 ···
2、暗纹条件暗条纹是由各缝射出的衍射光因干涉相消形成的。
( a b ) sin ( k n )
N
k 0,1,2,
k — 主极大级数 N — 光栅缝总数
n为正整数 n 1,2,N 1
在两个相邻主极大之间，分布着N-1条暗条纹和N-2条次级明条纹。
缺级条件:
光栅衍射加强条件：
(a b)sin k
单缝衍射极小条件: a sin k '
两式相比得
缺级条件: a b k (式中k和k必须为整数) a k'
缺级级数为： k a b k a
(k 1, 2,3 )
当 a b k 4时 a k'
谱线中的第 –8、 – 4、4、8级条纹缺级。
b a
不透光缝宽度 b
d
光栅常数:
d a b
f
单缝的夫琅和费衍射图样，不随缝的上下移动而变化。衍射角相同的光线，会聚在接收屏的相同位置上。
如果让平行光照射整个光栅，那么每个单缝在屏上所产生的振幅情况是完全一样的。在单缝的情况下振幅为零的地方迭加起来的合振幅仍为零。但振幅不为零的地方，其位置仍没有变，但振幅变大了，光强变大了。
个单缝上。如果所用的单缝的宽度a=1mm，缝后紧挨
着的薄透镜焦距f=100cm，求：(a)第一级暗纹到衍
射图样中心的距离；(b)中央明条纹的角宽度；
(c)中央亮纹的线宽度。
解： (a)
a sin0
atg0
a
x f
一级暗纹条件
x f 10010 5000107 mm 0.5mm

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

(大学物理ppt)光的衍射

ax 1 k 3 f 2

0
Δx
(b)当k=3时，光程差 a sin ( 2k 1 ) 7 2 2 狭缝处波阵面可分成7个半波带。
I / I0
相对光强曲线
1
明纹宽度中央明条纹的角宽为中央两侧第一暗条纹之间的区域:
0.017 0.047 0 0.047
0.017
sin
-2(/a) -(/a)
/a
2(/a)
由a sin k
令k=1 半角宽
a

a
衍射屏透镜
λ

观测屏 x2 x1 Δx Δx
Huygens-Fresnel’s principle
（1）惠更斯原理：在波的传播过程中，波阵面（波面）（相位相同的点构成的面）上的每一点都可看作是发射子波（次波）的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包迹就成为新的波阵面。
t 时刻波面
· · · · ·
t+t时刻波面
波传播方向
t + t
· ·· · · · · t · · · ·· · ·
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理圆孔衍射
菲涅尔圆孔衍射
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理各种孔径的夫琅禾费衍射图样正三边形孔正四边形孔
正六边形孔
正八边形孔
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理圆屏衍射 R S 直边衍射 rk
P
菲涅尔圆屏衍射
直边衍射
2、惠更斯—菲涅耳原理
第 4 章光的衍射
一、衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理
二、单缝的夫琅禾费衍射
三、光学仪器的分辨本领
四、光栅衍射
五、光栅光谱
六、X 射线衍射

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

大学物理-光的衍射ppt

2 fl x = 0.048m a
(2) d =10-2/200 =510-5m
dsin =kl , k= 0,1,2,… asin =l
k=2
d 缺级： k k 2k 2 ,4 ,... a
故所求的主极大是：3个(k=0 , 1)。
14.4 圆孔衍射光学仪器的分辨本领一.圆孔的夫琅和费衍射
dsin2=(k+1)l
d
l
sin θ2 sin θ1
=10l=6×10-6m
(2)∵第4级缺级，由缺级公式：
d k k =4， a d 6 a 1.5 10 m 4
取k =1(因要a最小)
(3)屏上实际呈现的全部级别和亮纹条数: 由光栅方程：
dsin =kl
§14.3 一.光栅
光栅衍射
大量等宽、等间距的平行狭缝的集合—光栅
E a b p
a —透光缝宽度 b —不透光部分宽度 d=(a+b) —光栅常数
105 ~ 106 m
o
光栅分为:透射光栅

反射光栅
f
二.透射光栅光栅的衍射条纹是单缝衍射和多缝干涉的总效果 1.光栅方程
E d p
相邻两缝间的光程差：
l
2
一般第2、3级即开始重叠。
单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？
入射波长变化，衍射效应如何变化 ?
l 越大，1 越大，衍射效应越明显.
例: 平行单色光垂直入射在缝宽a=0.15mm的单缝上,缝后透镜焦距f =400mm。在焦平面上的屏幕上测得中央明纹两侧的两条第三级暗纹间的距离是d=8mm, 求:(1)入射光的波长; (2)中央明纹的线宽度;(3)第二级暗纹到透镜焦点的距离。

高二物理竞赛光的衍射现象惠更斯原理PPT(课件)

§14-6 光的衍射现象惠更斯 — 菲涅尔原理
一、光的衍射衍射屏
S
观察屏
E
直线传播
正
正
三
方
角
形
形
孔
孔
正六边形孔
单缝
圆盘衍射
手指缝的衍射
二、衍射现象分类
1.菲涅耳衍射
菲涅耳衍射：光源和观察屏离衍射屏的距离有限
远。菲涅耳衍射图形随屏到孔(缝)的距离而变，
较复杂。
衍射屏
观察屏
P
S
2.夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射：光源和观察屏都离衍射屏无
光的衍射
偏布射光离的光在在直现栅光传线象为的播传称重衍过播为点射程，光。部中在的分，光衍以能场射夫绕中。琅过形禾障成费碍一单物定缝的的衍边光射缘强和而分衍惠菲光菲惠光在菲(在d惠本菲光菲菲(以菲菲三菲惠菲菲菲 (菲111s更涅的涅更在实涅实更章涅的涅涅下涅涅、涅更涅涅涅涅777波===888斯尔干尔斯传际尔际斯讨耳干耳尔仅耳耳惠耳斯耳耳尔尔面8880009指补涉补指播现现指论衍涉衍讨衍衍更衍指衍衍补---在，，，0111o出充是充出过象象出圆射是射论射射斯射出射射充888pKKK，222点：：有：：程中中：孔图有图夫图图图：图图：===—777K引波各限各波中，，波衍形限形琅形形形波形形各)))KKK=菲mmm起传子的子传，一一传射随的随禾随随随传随随子aaa涅的0到波几波到能般般到和屏几屏费屏屏屏到屏屏波xxx尔光的在列在的绕既既的单到列到衍到到到的到到在原振任空光空任过有有任缝孔光孔射孔孔孔任孔孔空理动何间波间何障干干何衍波。何间(((((((缝缝缝缝缝缝缝一某的某一碍涉涉一射的一某)))))))的的的的的的的点点叠点点物的的点叠点点距距距距距距距都的加的都的问问都加都的离离离离离离离是相，相是边题题是，是相而而而而而而而子干而干子缘，，子而子干变变变变变变变波叠衍叠波而又又波衍波叠，，，，，，，的加射加的偏有有的射的加较较较较较较较波，是，波离衍衍波是波，复复复复复复复源就无就源直射射源无源就杂杂杂杂杂杂杂；决数决；线的的；数；决。。。。。。。定多定传问问多定了个了播题题个了该子该，。。子该点波点在波点波的波光的波的叠的场叠的强加强中加强度。度形。度。。成。一定的光强分布的现象称为光的衍射。

菲涅耳原理光的衍射现象显示屏课件

B
C
1990年代
TFT-LCD技术出现，提高了LCD显示屏的显示质量和对比度。
2000年代至今
OLED、QLED等新型显示技术不断涌现，提高了显示效果和寿命。
D
显示屏技术的应用领域
消费电子
电视、显示器、手机、平板电脑等。
商业应用
广告牌、会议显示、展示台等。
工业应用
仪器仪表、自动化设备等。
医疗应用
菲涅耳原理在LED显示屏中的应用
LED显示屏（LED Panel）利用了发光二极管作为显示元件。每个LED像素由多个不同颜色的LED小点组成，这些小点发出的光线通过菲涅耳原理中的衍射和干涉效应，实现了对光线的控制和显示。
在LED显示屏中，每个像素由红、绿、蓝三色LED小点组成，通过调节各颜色 LED的亮度，可以混合出不同的颜色和亮度，最终实现全彩显示。LED发出的光线经过像素结构中的透镜和小孔的衍射和干涉，形成了可见的光线。
医疗影像、手术室显示等。
菲涅耳原理在显示屏技术中的
05
应用
菲涅耳原理在液晶显示屏中的应用
液晶显示屏（LCD）利用了菲涅耳原理中的衍射和干涉效应，通过改变液晶分子的排列方式，实现了对光线的控制和显示。
在LCD中，背光发出的光线经过由液晶分子构成的像素矩阵，由于液晶分子的排列方式不同，光线在通过像素时会发生不同程度的衍射和干涉，从而呈现出不同的颜色和亮度。
详细描述
当光通过一个小的圆孔时，同样会发生衍射现象。根据菲涅耳原理，圆孔衍射的强度和方向与圆孔的半径、光的波长等因素有关。通过该原理，可以解释和预测圆孔衍射的观测结果，例如明暗交替的圆环现象。
菲涅耳原理在光栅衍射中的应用
总结词
菲涅耳原理在光栅衍射中解释了光通过周期性排列的狭缝时的衍射现象，广泛应用于光谱分析和光学仪器设计等领域。

光的衍射PPT

d
a
d
a
sin
① d/a的大小决定了衍射中央明纹范围内干涉
条纹的多少。当 d a、且 a 很小时，衍射中
央明纹范围宽，其间干涉条纹数多，相邻明纹强
度最大值变化不大，这就过渡到了不考虑衍射下页返回退出
② 明纹缺级现象
干涉明纹位置：d sin k，k 0,1,2,
子束刻制可达数万条/mm (d ~ 101μ m)
光栅是现代科技中常用的重要光学元件。
27
上页下页返回退出
三. 光栅衍射 1. 多光束干涉
明纹(主极大)条件：
缝平面G 透镜
d
L
观察屏 P
o
d sin k
k = 0,1,2,3…
dsin 焦距 f
或 (a b) sin k
光强曲线
I I0
0.2cm 2m m
22
上页下页返回退出
§3 光栅衍射
一. 衍射对双缝干涉的影响
不考虑衍射时, 双缝干涉的光强分布图：
I I0
d
3
0 3 sin
2d
2d 2d d 2d
设双缝的每个缝宽均为 a，在夫琅禾费衍
射下，每个缝的衍射图样位置是相重叠的。
23
上页下页返回退出
透镜
θ
λ da
θ
θ
衍射光相干叠加
I
f
衍射的影响：双缝干涉条纹各级主极大的强度不再相等，而是受到了衍射的影响。主极大的位置没有变化。
24
上页下页返回退出
d 2a 时，双缝干涉光强受衍射调制如下图
d 2a
I
0级 -1级
缺-2级 -3级
2 3

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惠更斯提出的子波概念，可解决波的传播方向的问题。
菲涅尔提出子波干涉的概念，可解决能量分布问题。
惠更斯 — 菲涅尔原理的数学表达式
dS
e
rP *
S ： t时刻波阵面
dS ：波阵面上面元
S
（子波波源）
子波在 P点引起的振动振幅 d s 并与有关。
r
dE C K ( ) cos 2 ( t r )dS
E
dE
C
K (
r
)
cos 2
(t T
r
)dS
e
dS
rP *
S
S ： t时刻波阵面
dS ：波阵面上面元
(子波波源)
E
dE
C
K (
r
)
cos
2
(t T
r
)dS
根据这一原理，原则上可计算任意形状
孔径的衍射问题。
为了避免复杂的积分运算，实际中常用半波带法和振幅矢量法等。
四、菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射
•光源或接收屏距离衍射屏为有限远-菲涅耳衍射均满足傍轴近似
•光源或接收屏距离衍射屏都相当于无限远—衍射物上的入射波和衍射波都可看成平面波夫琅禾费衍射均满足远场近似
S 光源
A
B 障碍物
S
光源
A
B 障碍物
E 接收屏
E
接收屏
R
P
R
O
P0 E
光源、菲屏涅与尔缝相衍距射有限远光源夫、屏琅与禾缝费相距衍无射限远
观在察夫比较方便，但定量
计实验中算琅禾费却很S复杂。L 1
②.
sin i u1 sin r u 2
1 2
n2 n1
n21
三、惠更斯 — 菲涅尔原理 1815年，菲涅尔根据波的叠加和干涉原理，
在惠更斯的子波假设基础上，提出了子波相干叠加的思想，从而建立了反映光的衍射规律的惠更斯－菲涅耳原理：
从同一波阵面上各点所发出的子波是相干的。波阵面前方空间某点的光振动，就是这些子波到达该点相干叠加的结果。
利用惠更斯原理可解释波的衍射、反射和折射等现象。
1.波的衍射波在传播过程中，遇到障碍物
时其传播方向发生改变，绕过障碍物的边缘继续传播的现象。
波达到狭缝处，缝上各点都可看作子波源，作出子波包络，得到新的波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。
衍射现象是波动特征之一。
水波通过狭缝后的衍射图象。
2.波的反射与折射当波传播到两种介质的分界面
1
n c u
时，一部分反射形成反射波，另
一部分进入介质形成折射波。（1）反射定律
u 1 i i' n1
①.入射线、反射线和界面的法线在同一平面上；
②.反射角等于入射角。i'i
n2
2 r u 2
（2）折射定律 ①.入射线、折射线和界面的法线在同一平面上；
R
实衍
现射
计L 2算比较简单。P
衍射分类的几种表述
菲涅耳衍射
夫琅禾费衍射
1 源和场点均满足傍轴
源点和场点
近似但不满足和场点或而者之一源和场点均在无限远在有限远
3 非平行光衍射
平行光衍射
4 光源和接收平面非物像共轭面
光源和接收平面为物像共轭面
光的衍射现象惠菲原理
Ch2-1 光的衍射现象惠更斯-菲涅耳原理
一、光的衍射现象衍射现象：波在传播过程中，遇到障碍物将绕过障碍物而偏离直线传播。光也有衍射现象。
只有当障碍物的尺寸与波长相当时，衍射现象
才比较明显。屏幕
屏幕
阴影
缝较大时，光是直线传播的。缝很小时，衍射现象明显。
衍射屏(障碍物)
r
T
dE C K ( ) cos 2 ( t r )dS
r
T
C — 比例常数
K( ) — 倾斜因子
K ( ) 0 K ( )最大
, K ( ) 0 dE 0
2
惠更斯 — 菲涅耳原理解释了波为什么不向后传的问题，这是惠更斯原理所无法解释的。
P 点的光振动（惠 — 菲原理的数学表达式）为：
泊松点
手指缝眼皮缝都可观察衍射(试试看)
二、惠更斯原理内容介质中任一波阵面上的各点，都是发射子波的新
波源，其后任意时刻，这些子波的包络面就是新的波阵面。
根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，就可以确定下一时刻的波阵面。
t 时刻波面
t+t时刻波面
波传播方向
t+ t
ut
平面波
球面波
惠更斯原理的应用