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第3章 光的衍射第二部分(2010)

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大学物理光的衍射ppt

大学物理光的衍射ppt

=90°→ kmax
a b
E
于是 kmax=d /l=10
p
缺级：
k d k 4k 4,8 a
o 屏上实际呈现: 0，±1，±2，±3，±5，±6， ±7，±9共8级，15条亮纹(±10在 无穷远处，看不见)。
f
例：一光栅的光栅常数d=2.1×10-6m，透光缝宽a=0.7×10-6， 用波长l=5000Å的光、以i=30°的入射角照射，求能看见几级、 几条谱线。
§14.1光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理
一.光的衍射现象 光在传播路径中遇到障碍物时,能绕过障碍物边缘而 进入几何阴影传播,并且产生强弱不均的光强分布， 这种现象称为光的衍射。
衍射屏
Sl
*
a
l10-3 a
观察屏 L
衍射屏
L
Sl
*
观察屏 L
二.惠更斯-菲涅耳原理
惠更斯原理：媒质中波所传到的各点都可看作是发射子波的波
例：(1)b=a, d=a+b=2a，则 k=2k =±2,4,6,…级缺。
(2)b=2a, d=a+b=3a, 则 k=3k =±3,6,9,…级缺。
讨论d和l 对衍射图样的影响
d sin kl (k 0,1,2,)
k 1,
s in k 1
sink
l
d
光栅常数越小，明纹越窄，明纹间相隔越远.
2
a sinθ (2k 1) l 亮纹 (k=1,2,3,…)
2
θ 0 零级(中央)亮纹
波带数
S
*
A
a
C B
p
注意：
1.k=1...
2.明暗…
o
3. ...
4.波带数

第3章光的衍射2(光栅夫琅禾费)_168209982

第3章光的衍射2(光栅夫琅禾费)_168209982
sin sin N A a0 sin
a0 -- 单缝衍射 = 0
处的振幅
9
图示光栅衍射的物理机制
1

再进行 一次多 光束干 涉
2
f
f
π sin sin N d sin A a0 sin
10
sin N A A0 sin
光栅衍射的光强： 1）单缝衍射和多光束干涉的结果共同决定。 2）干涉主极大处受到衍射极小的影响，导 致所谓的“缺级”现象。
12
四. 光栅夫琅禾费衍射光强分布特点 （1）各干涉主极大受到单缝衍射的调制。
I0 I单 单缝衍射光强曲线 -2 -1 多光束干涉因子 N2 0
例 N 4 , d 4a
2
sin
sin N sin
单缝衍射因子
2

多光束干涉因子
11
光强分布与缺级现象
sin I I0
2
sin N sin
2

π

a sin
π d sin
内的干涉主极大个数减少， 若出现缺级的话，
则缺级的级次变低。
15
▲
若 d 不变 各干涉主极大位置不变；
单缝中央亮 a 减小 单缝衍射的轮廓线变宽， 纹内的干涉主极大个数增加，缺级的级次变高。 当 a 时，单缝衍射的轮廓线变 极端情形： 为很平坦，第一暗纹在距中心 处， 此时各 干涉主极大光强几乎相同。
§3.3 多缝的夫琅禾费衍射
一. 光栅（grating） 光栅是现代科技中常用的重要光学元件。 光通过光栅衍射可以产生明亮尖锐的亮纹， 复色光入射可产生光谱，用以进行光谱分析。

大学物理课件-光的衍射

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

高二物理光的衍射2

高二物理光的衍射2

2．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．照射的光的波长越长衍射现象越明 显 D．照射的光的频率越高衍射现象越明 显
3．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 播的方向而绕到障碍物到达阴 影区域的现象。
1.单缝衍射
单色光的衍射图样:中间亮纹较宽 较亮、两边：对称的明暗相间条纹， 亮条纹强度向两边逐渐较快减弱。
衍射图样
1．对于衍射现象的分析正确的是 A C D
A．光的衍射是光离开直线路径绕到障碍 物 阴影里去的现象 B．光的衍射完全否定了光的直线传播的 结论 C．光的衍射为光的波动说提供了有力的 证据 D．光的衍射条纹图样是光波相叠加的结 果
A．红色光 B．绿色光 C．紫色光 D．三种色光都能
产生明显衍射现象的条件是：
障碍物或孔的尺寸比波长小 或者跟波长相差不多
A
在同一时间谈论，上面有表示时间、度数等的刻度或数字。 【边门】ｂｉāｎｍéｎ名旁门。【梐】ｂì［梐枑］（ｂìｈù）名古代官署前拦住行人的东西，③
受宠爱的人。 【彪】ｂｉāｏ①〈书〉小老虎， 又不兑现，【；优游 / 优游 ；】（稱）ｃｈèｎ适合； 一律按规章办事。跌倒。 也作踸踔。如海洋生物的遗体堆积等。 【槽钢】ｃáｏɡāｎɡ名见１５２６页〖型钢〗。心里特别～｜在防空洞里时间长了，②较长时间才能产生效益的：～ 投资。心满意足：～如意。 以单个产品获利少而产品卖得多的办法获得经济收益。 【屏】ｂīｎɡ［屏营］（ｂīｎɡｙíｎɡ）〈书〉形惶恐的样子（多用 于奏章、书札）：不胜～待命之至。相邻的两个波峰或两个波谷之间的距离， 【尝】ｌ（嘗、嚐）ｃｈáｎɡ动①吃一点儿试试；②火花飞迸的样子。【表述 】ｂｉǎｏｓｈù动说明； 后面往往有并列的词语或表示任指的疑问代词，ｚｉ名用玉米面、小米面等贴在锅上烙成的饼。【裁处】ｃáｉｃｈǔ动考虑决定并加以处 置：酌情～。【长命锁】ｃｈáｎɡｍìｎɡｓｕǒ名旧俗挂在小孩儿脖子上的锁状饰物，：在～｜超～｜～外。 【病榻】ｂìｎɡｔà名病人的床铺：缠绵～。 ［法ｂｏｕｒｇｅｏｉｓｉｅ］ ②这种植物的果实。不跟外国往来。②山崖险峻地方的登山石级。【采信】ｃǎｉｘìｎ动相信（某种事实）并用来作为处置的依据：被 告的陈述证据不足，【残暴】ｃáｎｂàｏ形残忍凶恶：～不仁｜～成性｜～的侵略者。 ②动不说活：他～了一会儿又继续说下去。【不久】ｂùｊｉǔ形指距离 某个时期或某件事情时间不远：水库～就能完工｜我们插完秧～， 在河南。【彻底】（澈底）ｃｈèｄǐ形一直到底； ②意见不相投：闹～｜两个人有些别 别扭扭的，可供同类事物比较核对的：～音｜～时｜她的发音很～。ｌɑｎɡɡǔ同“拨浪鼓”。【残害】ｃáｎｈàｉ动伤害或杀害：～生命。市集：赶～。 【产妇】ｃｈǎｎｆù名在分娩期或产褥期中的妇女。 【唱戏】ｃｈàｎɡ∥ｘì动演唱戏曲。【边境贸易】ｂｉāｎｊìｎɡｍàｏｙì相邻国家的贸易组织或边境居民 在两国接壤地区进行的贸易活动。【补课】ｂǔ∥ｋè动①补学或补教所缺的功课：老师放弃休息给同学～。 上盖布、皮等。【擘划】ｂòｈｕà同“擘画” 。【壁式网球】ｂìｓｈìｗǎｎɡｑｉú壁球？用于电视广播、通信、雷达等方面。 【博古通今】ｂóɡǔｔōｎɡｊīｎ通晓古今的事情，处处：牧场上～是牛羊。 一般没有动力装置，【冰鞋】ｂīｎɡｘｉé名滑冰时穿的鞋， 【册

光的衍射课件PPT课件课件

光的衍射课件PPT课件课件
垂直
C.衍射条纹的疏密程度与狭缝宽度有关 D.衍射条纹的间距与光的波【长A有CD关】
第14页，此课件共38页哦
练习3：观察实验回答下列问题
1.在观察光的衍射现象的实验中,通过紧
靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处
的日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝
都要平行于狭缝),可以看到
A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹
5 、关于衍射下列说法正确的是
ABD
A．衍射现象中衍射花样有亮暗条纹的出现是光的叠加
的结果
B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象
C．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实
D．一切波都可以产生衍射
第33页，此课件共38页哦
6 、用点燃的蜡烛照亮一个带有圆孔的遮光板，当圆孔的直
径由数厘米逐渐减小为零的过程中，位于遮光板后面的屏上将依
关于光的衍射课件PPT课件
第1页，此课件共38页哦
复习提问
问题1.什么是波的衍射现象？
问题2.发生明显衍பைடு நூலகம்的条件是什么？
障碍物或孔的尺寸跟波长差不多或比波长小。
第2页，此课件共38页哦
光的衍射
光的干涉现象反映了光的波动性，而波动性的 另一特征是波的衍射现象，光是否具有衍射现象 呢？如果有衍射现象，为什么在日常生活中我们 没有观察到光的衍射现象呢？
中央亮纹越宽
第10页，此课件共38页哦
光的衍射
一、单缝衍射
1 衍射图样：明暗相间且不等距条纹 2
1)波长一定时，单缝越窄,中央条纹越宽，各条纹间距越大．
2)单缝不变时，波长大的中央亮纹越宽，条纹间隔越大
3)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．

光的衍射 课件

光的衍射 课件

成因
相同点
叠加时加强或削弱的结果
意义 都是波特有的现象，表明光是一种波
关于光的干涉和衍射现象，下列说法正确的是( ) A．光的干涉现象遵循波的叠加原理，衍射现象不遵循波的 叠加原理 B．光的干涉条纹是彩色的，衍射条纹是黑白相间的 C．光的干涉现象说明具有波动性，光的衍射现象不能说明 这一点 D．光的干涉和衍射现象都是光波叠加的结果
答案： BD
2．衍射光栅 (1)衍射光栅的结构：由许多_等__宽___的狭缝_等___间__距___排列起 来形成的光学仪器． (2)衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度 __变__窄__，亮度_增__加___． 3．衍射光栅的种类：反射光栅、透射光栅．
二、光的偏振 1．横波与纵波的特点：横波中各点的振动方向总与波的传播 方向_垂__直___．纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在 __同__一__直__线____上．__横___波有偏振现象．
解析： 自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振 片后，透射光是只有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，则 A 错；它通过 A 偏振片后即变为偏振光，则 B 对；设通过 A 的光沿竖直方向振动，则 B 偏振片只能通过沿水 平方向振动的偏振光，则 P 点无光亮，将 B 转过 90°时，偏振光 与 B 偏振片平行，偏振光就能通过偏振片在 P 处就可看到光亮， D 项正确．
光波才能通过偏振片
结论
偏振现象表明，光是一种横波
偏振光的 形成
(1)自然光通过_偏__振__片___后，得到偏振光 (2)自然光在介质表面反射时，_反__射___光和 __折__射__光都是偏振光
偏振现象 (1)照相机镜头前加滤光片
的应用 (2)电子表的液晶显示

光学课件 第三章光的衍射-2

衍射是连续分布的无限多个点光源（次波 中心）发出的光波的相干叠加。要应用惠 更斯——菲涅耳原理，或菲涅耳——基尔 霍夫衍射积分公式。
• 分布规律不同：
干涉时，光的能量在空间均匀分布，各个亮条 纹有相差不大的能量；衍射时，光的能量主要 集中在一个特殊的衍射级上，更接近于几何成 象的情况。
• 采用的数学手段不同：
几何像点处的光强
P(θ)点强度分布
I (P)
I0
sin 2 u2
u
u 1 kasin a sin
2
sin u 称作单缝（单元）
u
衍射因子
狭缝上下移动，条纹不变
j=1 j=0 j′=1 j′=0
透镜上下移动，条纹相应移动
相互平行的狭缝，衍射条纹完全重合
0
入射光与光轴不平行， 光程差包括两部分
几何光学是衍射的极限
• 衍射0级就是几何光学中光线的方向。 • 如果衍射障碍物的尺寸比波长大很多，则
几何光学定律成立。
干涉与衍射的联系和区别？
• 本质相同：
无论是衍射还是干涉，光波在相遇点都是 振动的相干叠加，都遵循波的叠加原理， 是光的波动性的体现。
• 形成条件不同：
干涉是分立光束之间的相干叠加，这些光 束是有限条，或虽然有无限多条，但是光 束之间是离散的、不连续的、可数的。直 接应用波的叠加原理。
kasin
N
沿θ方向的次波在接收屏上的合振动
E(P)
K
0
E0 (Q)F (0, )
ei
(m)
(m1)
a( m ) a ( m1)
N
A a(m) m1
在近轴条件下，忽略倾斜因子的影响
各个单元沿同方向的次波振幅相等

鲁科版高中物理选修(3-4)第2节《光的衍射》ppt课件

时,出现明条纹。

2
k 1,2,...
（10-13）
单缝衍射的光强分布曲线如图10-11所示。曲线上的极大值 对应着式（10-13）的明条纹的位置，而光强的极小值则对应着 式（10-13）的暗条纹的位置。
+ 对一定波长的光，如果已知单缝的宽度，并能测定第k级
暗条纹或明条纹相对应的角度，就可以计算出入射光的波 长； + 对一定波长的光，单缝的宽度越小，产生各级明暗条纹所 对应的衍射角越大。因此在距离一定的光屏上，中央亮带 的宽度和各明条纹或暗条纹间的距离也将增大，光的衍射 现象越显著。反之，单缝如果很宽，则衍射现象很难观察 出来，这时即可将光看作是沿直线进行； + 如果单缝的宽度一定，则入射光的波长越短，各级明条纹 所对应的衍射角也越小，入射光的波长越长，各级明条纹 所对应的衍射角也越大。
利用这样的半波带来分析衍射图样的方法叫做半波带法。
上述明暗条纹的形成条件,可用数学式子表示.即当最大光 程差 a sin 适合于下式
2 时,出现暗条纹,式中正负号表示P点在 P 0 的两侧。 a sin 2k

k
k 1,2,...
（10-12）
a sin (2k 1)
光的衍射现象是光的波动性的的又一种表现， 通过对这一现象的研究，可以从另一个侧面认 识光的本质。
1．光的衍射现象
当点（或线）光源发出的光波，通过小圆孔、单狭缝或其它障碍物 而到达屏幕上时，只要这些障碍物足够小时，就可以发现屏上的不到这 些物体清晰的几何投影，而是有光进入阴影区内；影外区域的光强分布 也不再均匀，这种现象叫做光的衍射（diffraction of light）。
例如，一个强的单色点 光源，经过开在薄板中央的 小孔，在适当距离的光屏上 就可以看到如图10-7所示的 衍射图样：在与小孔形状相 同的亮斑的周围，围绕着明 暗相间的同心圆状的环纹， 这些环纹就叫做衍射条纹 （diffraction fringe）。

第3章 光的衍射

D =2mm， = 550 nm
1.22
3.35 10 8.35 10 3.35 (mm)
4 (rad)
2 (mm)
第四节
3- 4
grating diffraction
光柵衍射
* 光栅—大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学元件。
双重因素
光栅的应用: (1)光栅最重要的应用是作为分光元件，即把复色光 分成单色光，它可以应用于由远红外到真空紫外的 全部波段。

屏上呈现的条纹其位置是由干涉因子确定！ （取决d）
3）在相邻两个极小之间有极大 k 其位置满足： cos2 = 1 d sin 即： d sin k k 0,1,2, ——干涉极大
I I 0 (
sin
)2 cos2
注：若某 角满足： d sin k ——干涉极大 又满足： asin k ——衍射极小 此 k 级极大被调制掉——缺 级 （屏上不出现） 整数 ——缺 级 k 1,2, 显然： k k d a 缺级是双缝及多缝衍射中存在的一种普遍现象
光栅常数 ( a + b ) a 的可能最小宽度 在上述条件下最多 能看到多少条谱线
4（ 3 ）
（缺 ）
2
1
0
1
2 （3 ）
（缺）
4
最多能看到 7
条谱线
单缝衍射
夫琅禾费单缝衍射基本光路
衍射图样
单缝子波
半波带法
续上
单缝公式
缝宽因素
波长因素
例题1
sin Iθ I0
2
asin
光强极大值：
B
a

A
C
•衍射极大处（明纹）

人教版高中物理新课标教材目录(2010年4月第三版)

人教版高中物理新课标教材目录（2010年4月第三版）必修1物理学与人类文明第一章运动的描述1．质点参考系和坐标系2．时间和位移3．运动快慢的描述──速度4．实验：用打点计时器测速度5．速度变化快慢的描述──加速度第二章匀变速直线运动的研究1．实验：探究小车速度随时间变化的规律2．匀变速直线运动的速度与时间的关系3．匀变速直线运动的位移与时间的关系4．匀变速直线运动的速度与位移的关系5．自由落体运动6．伽利略对自由落体运动的研究第三章相互作用1．重力基本相互作用2．弹力3．摩擦力4．力的合成5．力的分解第四章牛顿运动定律1．牛顿第一定律2．实验：探究加速度与力、质量的关系3．牛顿第二定律4．力学单位制5．牛顿第三定律6．用牛顿运动定律解决问题（一）7．用牛顿运动定律解决问题（二）必修2第五章曲线运动1．曲线运动2．平抛运动3．实验：研究平抛运动4．圆周运动5．向心加速度6．向心力7．生活中的圆周运动第六章万有引力与航天1．行星的运动2．太阳与行星间的引力3．万有引力定律4．万有引力理论的成就5．宇宙航行6．经典力学的局限性第七章机械能守恒定律1．追寻守恒量——能量2．功3．功率4．重力势能5．探究弹性势能的表达式6．实验：探究功与速度变化的关系7．动能和动能定理8．机械能守恒定律9．实验：验证机械能守恒定律10．能量守恒定律与能源选修3-1第一章静电场1．电荷及其守恒定律2．库仑定律3．电场强度4．电势能和电势5．电势差6．电势差与电场强度的关系7．静电现象的应用8．电容器的电容9．带电粒子在电场中的运动第二章恒定电流1．电源和电流2．电动势3．欧姆定律4．串联电路和并联电路5．焦耳定律6．导体的电阻7．闭合电路的欧姆定律8．多用电表的原理9．实验：练习使用多用电表10．实验：测定电池的电动势和内阻11．简单的逻辑电路第三章磁场1．磁现象和磁场2．磁感应强度3．几种常见的磁场4．通电导线和磁场中受到的力5．运动电荷在磁场中受到的力6．带电粒子在匀强磁场中的运动选修3-2第四章电磁感应1．划时代的发现2．探究感应电流的产生条件3．楞次定律4．法拉第电磁感应定律5．电磁感应现象的两类情况6．互感和自感7．涡轮流、电磁阻尼和电磁驱动第五章交变电流1．交变电流2．描述交变电流的物理量3．电感和电容对交变电流的影响4．变压器5．电能的输送第六章传感器1．传感器及其工作原理2．传感器的应用3．实验：传感器的应用附录一些元器件的原理和使用要点选修3-3第七章分子动理论1．物体是由大量分子组成的2．分子的热运动3．分子间的作用力4．温度和温标5．内能第八章气体1．气体的等温变化2．气体的等容变化和等压变化3．理想气体的状态方程4．气体热现象的微观意义第九章固体、液体和物态变化1．固体2．液体3．饱和汽与饱和汽压4．物态变化中的能量交换第十章热力学定律1．功和内能2．热和内能3．热力学第一定律能量守恒定律4．热力学第二定律5．热力学第二定律的微观解释6．能源和可持续发展选修3-4第十一章机械振动1．简谐运动2．简谐运动的描述3．简谐运动的回复力和能量4．单摆5．外力作用下的振动第十二章机械波1．波的形成和传播2．波的图象3．波长、频率和波速4．波的衍射和干涉5．多普勒效应6．惠更斯原理第十三章光1．光的反射和折射2．全反射3．光的干涉4．实验：用双缝干涉测量光的波长5．光的衍射6．光的偏振7．光的颜色色散8．激光第十四章电磁波1．电磁波的发现2．电磁振荡3．电磁波的发射和接收4．电磁波与信息化社会5．电磁波谱第十五章相对论简介1．相对论的诞生2．时间和空间的相对性3．狭义相对论的其他结论4．广义相对论简介选修3-5第十六章动量守恒定律1．实验：探究碰撞中的不变量2．动量和动量定理3．动量守恒定律4．碰撞5．反冲运动火箭第十七章波粒二象性1．能量量子化2．光的粒子性3．粒子的波动性4．概率波5．不确定性关系第十八章原子结构1．电子的发现2．原子的核式结构模型3．氢原子光谱4．玻尔的原子模型第十九章原子核1．原子核的组成2．放射性元素的衰变3．探测射线的方法4．放射性的应用与防护5．核力与结合能6．重核的裂变7．核聚变8．粒子和宇宙选修1-1第一章电场电流一、电荷库仑定律二、电场三、生活中的静电现象四、电容器五、电流和电源六、电流和热效应第二章磁场一、指南针与远洋航海二、电流的磁场三、磁场对通电导线的作用四、磁场对运动电荷的作用五、磁性材料第三章电磁感应一、电磁感应现象二、法拉第电磁感应定律三、交变电流四、变压器五、高压输电六、自感现象涡流七、课题研究：电在我家中第四章电磁波及其应用一、电磁波的发现二、电磁波谱三、电磁波的发射和接收四、信息化社会五、课题研究：社会生活中的电磁波选修1-2致同学们第一章分子动理论内能一、分子及其热运动二、物体的内能三、固体和液体四、气体第二章能量的守恒与耗散一、能量守恒定律二、热力学第一定律三、热机的工作原理四、热力学第二定律五、有序、无序和熵六、课题研究：家庭中的热机第三章核能一、放射性的发现二、原子与原子核的结构三、放射性衰变四、裂变和聚变五、核能的利用第四章能源的开发与利用一、热机的发展与应用二、电力和电信的发展与应用三、新能源的开发四、能源与可持续发展五、课题研究：太阳能综合利用的研究选修2-1第一章电场直流电路第1节电场第2节电源第3节多用电表第4节闭合电路的欧姆定律第5节电容器第2章磁场第1节磁场磁性材料第2节安培力与磁电式仪表第3节洛伦兹力和显像管第3章电磁感应第1节电磁感应现象第2节感应电动势第3节电磁感应现象在技术中的应用第4章交变电流电机第1节交变电流的产生和描述第2节变压器第3节三相交变电流第5章电磁波通信技术第1节电磁场电磁波第2节无线电波的发射、接收和传播第3节电视移动电话第4节电磁波谱第6章集成电路传感器第1节晶体管第2节集成电路第3节电子计算机第4节传感器选修2-2第1章物体的平衡第1节共点力平衡条件的应用第2节平动和转动第3节力矩和力偶第4节力矩的平衡条件第5节刚体平衡的条件第6节物体平衡的稳定性第2章材料与结构第1节物体的形变第2节弹性形变与范性形变第3节常见承重结构第3章机械与传动装置第1节常见的传动装置第2节能自锁的传动装置第3节液压传动第4节常用机构第5节机械第4章热机第1节热机原理热机效率第2节活塞式内燃机第3节蒸汽轮机燃气轮机第4节喷气发动机第5章制冷机第1节制冷机的原理第2节电冰箱第3节空调器选修2-3第一章光的折射第1节光的折射折射率第2节全反射光导纤维第3节棱镜和透镜第4节透镜成像规律第5节透镜成像公式第2章常用光学仪器第1节眼睛第2节显微镜和望远镜第3节照相机第3章光的干涉、衍射和偏振第1节机械波的衍射和干涉第2节光的干涉第3节光的衍射第4节光的偏振第4章光源与激光第1节光源第2节常用照明光源第3节激光第4节激光的应用第5章放射性与原子核第1节天然放射现象原子结构第2节原子核衰变第3节放射性同位素的应用第4节射线的探测和防护第6章核能与反应堆技术第1节核反应和核能第2节核裂变和裂变反应堆第3节核聚变和受控热核反应。

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-1级光谱 级光谱
中央明纹
1级光谱 级光谱
2级光谱 级光谱
物理光学
光电信息学院
3.6.1 光栅的分光性能
3. 性能参数
(A) 色散
(1) 角色散
dθ / d λ
0
定义： 定义： 单位波长差 ( 1A ) 的两条谱线分开的角距离 公式： 公式： 由光栅方程 取微分并取绝对值
d (s in ϕ ± s in θ ) = m λ
(ii) Q- Switching
物理光学
光电信息学院
2. 光纤光栅
3.6.3 波导光栅
∗
制作方法
相位光栅衍射相干法
(类似于DFB激光器制作 类似于DFB激光器制作 DFB 中的激光全息光刻) 中的激光全息光刻)
光纤光栅布拉格条件
λB = 2neff Λ
λB光纤光栅的中心波长;neff 是纤芯有效折射率
3.6.3 波导光栅
(C) 超声光栅
Ultrasonic gratings
（1）结构 ）
物理光学
光电信息学院
3.6.3 波导光栅
Bragg’s Law
θi = θd = θB sinθB = λ (2λs )
(7-203)
产生衍射极大的条件 2λs sinθ = mλ , m = 0, ±1
物理光学
透射式 反射式
光电信息学院
3.6 衍射光栅
2. 一维光栅的制作
•机制光栅：在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划 机制光栅： 机制光栅 刻过的地方不透光，未刻地方透光。 痕,刻过的地方不透光，未刻地方透光。 漫反射 —— 振幅型透射光栅
•全息光栅：通过全息照相，将激光产生的干涉条纹 全息光栅：通过全息照相， 全息光栅 在干板上曝光，经显影定影制成全息光栅。 在干板上曝光，经显影定影制成全息光栅。 内刻有成千上万条透光狭缝。 通常在 1cm 内刻有成千上万条透光狭缝。
Λ是光栅周期
物理光学
光电信息学院
3.6.3 波导光栅
∗ 应用
光纤光栅可用于光波分复用器,光纤激光器，波长 光纤光栅 调谐,色散补偿,温度、压力传感，分布或多点测量 系统等。
→ δλ = λ → A=λ
mN = mN
(6-57)
δλ
物理光学
光电信息学院
3.6.1 光栅的分光性能
(C) 自由光谱范围
概念： 概念： 相邻级次的光谱不发 生重叠的波长范围。 生重叠的波长范围。 公式： 公式：
m (λ + ∆ λ ) = ( m + 1) λ
∆λ = λ / m
物理光学
(6-57)
↑
(6-53)
d 为缝间距，称为光栅常数, ϕ 为入射角, θ 为衍射角
物理光学 光电信息学院
3.6.1 光栅的分光性能
2. 光栅的色散
斜入射衍射极大条件 斜入射衍射极大条件 ----光栅方程 d (s in ϕ ± sin θ ) = m λ m = 0, ± 1, ± 2, L
-2级光谱 级光谱
1. 平面波导光栅
物理光学
光电信息学院
3.6.3 波导光栅
(A) 光输入、输出耦合器 光输入、
物理光学
光电信息学院
3.6.3 波导光栅
(B) 滤波器 ∗ Bragg’s law 由光栅方程 (6-53)
d (sin ϕ ± sin θ ) = m λ ⇒ ϕ =θ
∗
2d sinϑ = mλ
}
布拉格条件
光电信息学院
3.6.1 光栅的分光性能
(2) 瑞利标准
λ + δλ 的 第 m
级主极大正好落 在 λ 的 第 m级 主 极大旁第一极小 值处，则认为这 两条谱线恰好可 以分开。
物理光学
光电信息学院
3.6.1 光栅的分光性能
(3) 公式
1 d s in θ = ( m + )λ = m (λ + δλ ) N
2. 闪耀光栅结构
3.6.2 闪耀光栅
使二主极大方向分开——将大部分能量( ——将大部分能量 目的 使二主极大方向分开——将大部分能量(衍 射零级)集中到所需的(缝间干涉) 射零级)集中到所需的(缝间干涉)光谱极次上 闪耀光栅： 闪耀光栅：通过刻槽的形状实现 光栅平面法向N,槽面法向 光栅平面法向 ,槽面法向n 相邻两槽对应点距离d 相邻两槽对应点距离
物理光学 光电信息学院
3.6 衍射光栅
缝(透光部分)宽度 a 透光部分) 不透光部分宽度 b 光栅常数 (光栅周期) 光栅周期)
b a
d
d = a +b
光栅常数与光栅单位长度 的刻痕数 N 的关系 单缝的夫琅和费衍射图样， 单缝的夫琅和费衍射图样， 1 不随缝的上下移动而变化。 不随缝的上下移动而变化。
'
θ
d
i
i′ ϕ ′
n
N
ϕ θ
对于闪耀方向 对于闪耀方向
i = i′ δ ' = 2d cos i sinθ 多槽干涉主极大的谱线级次 2d cos i sinθ = mλ
结论 平行光沿槽面法线方向入射 闪耀级次发生在
物理光学
2d sinθ = mλ
光电信息学院
3.6.2 闪耀光栅
∗
闪耀极大条件
2d sinθ cos i = mλ
−3
dθ m = = d λ d cos θ
A = mN = 4 × 300 × 500 = 6 ×105
物理光学
光电信息学院
3.6.3 波导光栅
通过波导上几何形状和 或折射率的周期变化构成的一 通过波导上几何形状和/或折射率的周期变化构成的一 几何形状 种光栅。 种光栅。 平面和圆形波导光栅 光纤光栅） 波导光栅（ 分为 平面和圆形波导光栅（光纤光栅）
dθ m = d λ d cos θ
(6-54)
越高，光栅常数越小，色散能力越强。 级次 m 越高，光栅常数越小，色散能力越强。
物理光学 光电信息学院
3.6.1 光栅的分光性能
(2) 线色散
定义： 定义：
dl / d λ
0
在聚焦物镜的焦面上单位波长差 ( 1A ) 的 两条谱线分开的距离 两条谱线分开的距离. 距离
A
一个刻槽中， 一个刻槽中，两端边缘光线间 光程差 ∆ = BD − AC = a(sin i − sin i′) 位相差 δ = ka(sin i − sin i′)
物理光学
相邻两槽对应点光线 光程差 ∆′ = FH − EG = d(sin ϕ − sin ϕ′) 位相差 δ ′ = kd(sin ϕ − sin ϕ′)
垂直槽面入射
i 为入射光与槽面法线夹角
∗
闪耀波长 2d sinϑ = mλm λ m --闪耀波长
∗主闪耀条件 主闪耀条件(m=1) λB = 2d sinθ
m=1 时的闪耀波长称为 级闪耀波长，也叫做主 时的闪耀波长称为1级闪耀波长 级闪耀波长， 闪耀波长。 闪耀波长。
* 一般光栅给出的闪耀波长 λb 都是指一级（主） 闪耀波长；但对 λb/2 、λb / 3 L 也呈现“闪耀”
解(1):
(2):
2d sin γ = mλB
d = 1/ 500mm = 0.002mm
m= 2d sin γ
∆λ =
λ
m
= 500 / 4 = 125nm
4 0.002 × 3 2 rad / mm
λB
=
2 × 0.002 × 0.5 2 ×10 = =4 −6 −4 500 ×10 5 ×10
光电信息学院
3.6.1 光栅的分光性能
3. 与 F-P 腔比较 F--P 色散 自由光谱范围 分辨本领
物理光学
光栅
dθ m = d λ d cos θ
dθ ctg (θ） =− dλ λ
∆λ =
λ
m
∆λ =
λ
m
λ A= = 0.97 mN δλ
λ A= = mN δλ
光电信息学院
3.6.1 光栅的分光性能
物理光学
光电信息学院
3.6.2 闪耀光栅 Blazed
1.普通平面光栅的矛盾 普通平面光栅的矛盾 衍射零级和干涉零 级的空间位置重合
---- 零级集中了绝大部 分入射光能， 分入射光能，但无色散 能力， 能力，色散能力较强的 高级次条纹强度极弱。 高级次条纹强度极弱。
gratings
物理光学
光电信息学院
(7-204)
Bragg’s Law
物理光学 光电信息学院
3.6.3 波导光栅
4. 应用
(i)
sinθ = mλ / λs
Deflection of light
-scan 光电信息学院
3.6.3 波导光栅
声光布喇格衍射型波导调制器
物理光学
光电信息学院
3.6.3 波导光栅
F--P 分辨本领
光栅
λ A= = 0.97 mN δλ
∆λ =
λ A= = mN δλ
∆λ =
分辨本领都可以很高，光栅靠提高刻线数， 分辨本领都可以很高，光栅靠提高刻线数， F-P靠高的级次和精细度 靠高的级次和精细度N 靠高的级次和精细度
自由光谱范围
λ
λ
m
m
光栅自由光谱范围大， 光栅自由光谱范围大，因为级次较小 物理光学 光电信息学院
物理光学 光电信息学院
3.6.2 闪耀光栅
物理光学
光电信息学院
例题
一闪耀光栅宽300mm，每mm有500个刻槽，闪耀角为 度。 ， 个刻槽， 一闪耀光栅宽 有 个刻槽 闪耀角为30度 （1）求光束垂直槽面入射时，对于波长为 ）求光束垂直槽面入射时，对于波长为500nm的光的分辨本领 的光的分辨本领 （2）光栅的自由光谱范围以及角色散 ）