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第二十四章 光的衍射

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光的衍射现象PPT课件

光的衍射现象PPT课件

(1)n1
An (P0 )]
1 2
Ak1(P0 )
(1)n1 An (P0 )
故，无论k是奇是偶，中心总是亮的
半波带法解释了圆孔、圆屏衍射的一些主要特征
第27页/共79页
3、 矢量图解法
若圆孔内包含的不是整数个半波带，则需要对每个半波 带进一步细化分。
对于第一个半波带
Nm M1
N2
N1
o
b
P0
第39页/共79页
它们是振幅相等的次波源，向多个方向发出次波。由于
接收屏位于L2的像方焦面上，角度 相同的衍射线会
聚于同一点 P
设入射光与光轴平行，则在波面AB上无位相差，单 缝上下边缘A、B到 P 的衍射线间的光程差为
L BN
设缝宽为a，则
L asin
如何求振动的合成？
第40页/共79页
（1）矢量图解法：
f (n ) 0,从而An 0
A(P0 )
1 2
A1 ( P0
)
自由传播时整个波前在 P0 产生的振幅是第一个半波带的效果之半
第25页/共79页
2）圆孔衍射： 当孔的大小刚好等于第一个半波带时， A(P0 ) A1(P0 ),即中心是亮点 若孔中包含两个半波带时， A(P0 ) A1(P0 ) A2 (P0 ) 0,即中心是暗点
由A点作一系列等长的 小矢量首尾相接，逐个 转过一个相同的角度， 最后到达B点。
C
R
B
R
A
共转过的角度为：
A
2 L 2 a sin
A 单缝衍射的矢量图解
A0
A：波前S对P处振动的贡献，取S 0，则小矢量 A连成的
折线化为圆弧，弧中心为C点,半径为R，圆心角为2

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．

光的衍射夫琅禾费单缝衍射PPT

光的衍射夫琅禾费单缝衍射PPT

惠更斯- 菲涅耳原理：波前S上每一个面元dS都可以看 成是发射球面子波的新波源，波场中 P 点的强度由各 个子波在该点的相干叠加决定。
E p dE
n
dS
IE
s
2
S r
P
波在前进过程中引起前方某点的总振动， 为面 S 上各面元 dS 所产生子波在 P 点引起分 振动的总和，即这些子波在 P 点的相干叠加。
a sin (2k 1) ，k 1,2,3„ 2
六. 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。 双缝干涉是干涉和衍射的共同效果。
利用衍射原理测出了它们的波长。他设计和制 造了消色差透镜，首创用牛顿环方法检查光学 表面加工精度及透镜形状，对应用光学的发展 起了重要的影响。他所制造的大型折射望远镜 等光学仪器负有盛名。他发表了平行光单缝及 多缝衍射的研究成果（后人称之为夫琅禾费衍 射），做了光谱分辨率的实验，第一个定量地 研究了衍射光栅，用其测量了光的波长，以后 又给出了光栅方程。
相消 相消
1 2 1′ 2′
a
半波带
半波带
A
/ 2
相邻两半波带贡献给P点的合振幅为零！
▲当
a sin 3
B θ

2
时，可将缝分成三个“半波
带”，
a
其中两相邻半波带的衍射光相消，
余下一个半波带的衍射光不被抵消
A
▲
/ 2
—— p 处形成明纹（中心）

2
当 a sin 4
可将 时，
2. 中央明纹线宽度 (1级暗条纹之间的区域)
暗纹
a sin k

第二十四章 光的衍射

第二十四章 光的衍射

其最短波长为 4×10 - 4 mm 对于可见光，
则观察不到衍射现象 若 得
并非取任何比值 的 情况下都能观察到衍射现象
即
以至各级的衍射角太小，各级 谱线距零级太近，仪器无法分 辨，也观察不到衍射现象。
缺级现象
光栅光谱
※ 对同级明纹，波长较长的光波衍射角较大。 ※ 白光或复色光入射，高级次光谱会相互重叠。
第二十四章 光的衍射
本章内容
Contents
chapter 24
24.1 惠更斯 - 菲涅耳原理
Huygens-Fresnel principle
24.2 单缝衍射
single slit diffraction
24.3 圆孔衍射
circular hole diffraction
24.4 光栅衍射
grating diffraction
发现并记录了 X 射线通过 晶体时发生的衍射现象。
由此，X射线被证实是一种频率 很高（波长很短）的电磁波。 在电磁波谱中，X射线的波长范 围约为 0.005 nm 到 10 nm，相当
1914年获诺贝尔物理学奖
于可见光波长的 10万分之一 到 50 分之一 。
劳厄的 X 射线衍射实验原理图
劳厄斑
晶体 （硫化铜） 记 录 干 板
散射波干涉
X射线 X射线
晶体点阵的散射波可以相互干涉。 原子或离子中的电子在 外场作用下做受迫振动。
包括 晶体点阵 中的每一阵 面中点阵 点可看作一 散射波干涉 个新的波源， 和 向外辐射与 入射的 X 射 面间点阵 线同频率的 散射波干涉 电磁波，称 为散射波。
零级衍射谱
任一平面上的点阵散射波的干涉
结束选择
链接一

(2024年)光的衍射高中物理课件

(2024年)光的衍射高中物理课件
中子衍射
中子具有波动性，中子衍射技术可以用于研究物质的晶体结构和磁结构等性质，是材料科 学和凝聚态物理领域的重要研究手段。
X射线衍射
X射线具有较短的波长和较强的穿透能力，X射线衍射技术可以用于研究物质的晶体结构 、化学成分和相变等性质，在材料科学、化学、地质学等领域具有广泛应用。
18
05
高中生如何学习掌握衍射知识
10
03
衍射在生活中的应用
2024/3/26
11
彩虹形成原理
光的折射与反射
太阳光进入大气层时，先折射后 在水滴内部反射，最后再从水滴
中折射出来。
光的色散
白光经过折射和反射后，分解成 不同波长的光，形成彩虹的色带
。
观测角度
观察者需要背对太阳，面向还有 残留雨滴的区域，才能看到彩虹
。
2024/3/26
光的衍射高中物理课 件
2024/3/26
1
contents
目录
2024/3/26
• 光的衍射现象与原理 • 衍射实验方法与技巧 • 衍射在生活中的应用 • 衍射在科学技术领域的应用 • 高中生如何学习掌握衍射知识 • 总结回顾与拓展延伸
2
01
光的衍射现象与原理
2024/3/26
3
衍射现象及其分类
24
拓展延伸：衍射在其他领域的应用探索
光学仪器中的衍射元件
在显微镜、望远镜等光学仪器中，利用衍射元件 （如衍射光栅、相位板等）可以改善成像质量， 提高分辨率和对比度。
生物医学中的衍射成像技术
利用光的衍射现象，可以开发出高分辨率的生物 医学成像技术，如光学相干层析成像（OCT）等 。这些技术能够实现对生物组织内部结构的非侵 入性、无损伤的三维成像。

光的衍射PPT

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
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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
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§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

大学物理光的衍射PPT课件

(k 0,1,2)
由此布喇格公式可测出X射线的波长 或晶格的间隔
A
B
E
d
第30页/共34页
例 以铜作为阳极靶材料的X射线管发出的X射线主要是波长
的
特上征测谱得线 一。级0当衍.1它射5以极n掠大m射角
照射某一组晶面时，在反射1方1o向15'
求 该组晶面的间距。 解 由布拉格公式
2d sin k
讨论： 为什么明、暗纹条件式中不包含k ＝0
?
(1) 暗纹条件
a sin 2k ，k 1,2,3…
2
k =0对应着θ＝0，是中央明纹的中心,不符合该式的含义。
(2) 明纹条件
a sin (2k 1) ， k 1,2,3…
2
k=0虽对应于一个半波带形成的亮点，但仍处在中央明纹的范围内，呈
n 1
sin D 2
f
z
f 0
1.22f
D
可得
z 0.61
( n sin 数值孔径 )
n sin
第27页/共34页
例 在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相距120 cm ，设夜间人眼瞳孔直径为 5.0 mm ，入射光波为 550 nm
求 人在离汽车多远的地方，眼睛恰能分辨这两盏灯？
解 设人离车的距离为S 时，恰能分辨这两盏灯
劳厄斑点
X射线通过晶体时发生衍射，在照相底片上形成的很多按 一定规则分布的斑点。
X射线管
晶体 铅板
第29页/共34页
劳厄斑 底片
布喇格公式
如图所示：晶面间距为 d ， X 射线掠射角为θ
相邻两晶面散射出的X射线之间的光程差为：
AE EB 2d sin
两反射光干涉加强的条件：

光的衍射演示文档


中央极大值对应的明条纹称 中央明纹。
中央极大值两侧的其他明条纹称 次极大。
中央极大值两侧的各极小值称暗纹。
单缝的夫琅禾费衍射
（1）明纹宽度 A. 中央明纹
当a‫﹤﹤ ג‬时，1 级暗纹对应的衍射角
1sin1
观测屏
衍射屏 透镜
x2
λ
x1 Δx
由 a s i n k
1
0
Δx0
I
0
得： 1a
f
单缝的夫琅禾费衍射
p
S
惠更斯——菲涅耳原理
K() ：倾斜因子
0 ， K K m a 1 ,x 沿原波传播方向的子波振幅最大
K()
，K0
2
子波不能向后传播
§19-2 单缝的夫琅禾费衍射
一. 单缝夫琅禾费衍射的光路图
缝平面 透镜L
透镜L
B
S
*
a
A ⊿L f
f
观察屏
·p
0
S: 单色线光源 AB a：缝宽 : 衍射角
光的衍射
（优选）第光的衍射
二. 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射
2.1 菲涅耳衍射
菲涅耳衍射是指当光源和观察屏，或两者之一离
障碍物（衍射屏）的距离为有限远时，所发生的衍
射现象。
光源
·观察屏
衍射屏
菲涅耳衍射
2.2 夫琅禾费衍射
夫琅禾费衍射指光源和观察屏离障碍物的距离 均为无限远时，所发生的衍射现象。
1
asin 0
——中央明纹(中心)
上述暗纹和中央明纹(中心)的位置是准确的，其余明 纹中心的实际位置较上稍有偏离。
单缝的夫琅禾费衍射
3.3 衍射图样
衍射图样中各级条纹的相对光强如图所示.
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6. 在白光形成夫琅禾费单缝衍射图样中，某一波长 2 的第三级明纹与波长 为 1= 600 nm 的第二级明纹重合，求 2 ，并判断它是否可见光。 （书题24.19）
物联网专业《大学物理》课程课外作业
班级
八、 续光的衍射
学号
姓名
1. 某光栅对于氢灯中波长为 656 nm 的红光第一级谱线的衍射角，比波长 为 410 nm 的紫光第一衍射角大 10°，问此光栅每毫米有多少条刻线？ （书题 24.21）
衍射现象
第一节
24 . 1
Huygens-Fresnel principle
条件实现
第二节
24 . 2
single slit diffraction
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
a = 0.437 mm, f = 40 cm
3. 一复色平行光束垂直照射到光栅上，发现在衍射角 = 41°的方向上， 波长为 1 = 653.3 nm 和 2 = 410.2 nm 的谱线首次发生重叠， 求光栅常量 d 。（书题 24.23）
4. 用一架照相机在距离地面 20 km 的高空拍摄地面上的物体， 若要求它 能分辨地面上相距为 0.1 m 的两点， 问照相机镜头的直径至少要多大？ （设感光波长为 550 nm ） （书题 24.26）
2. 一衍射光栅每毫米有 200 条透光缝，每条透光缝的宽度为 a = 2.5×10－3 mm，以波长为 600 nm 的单色光垂直照射光栅，求： （1）透光缝所产生的单缝衍射包络线的中央明纹角宽度； （2）在整个衍射场中可能观测到的衍射光谱线的最大级次； （3）能够出现的光谱线的总数目。 （书题 24.22）
零级谱证明
任一平面上的点阵散射波的干涉 用图示法作简易证明
入射
X射线 入射角 C D z
平面法线
镜面反射方向
A
B C
掠射角
A
B x C y 任一平面 上的点阵
CC C C AD ， A A AA BB ； C C 干涉结果总是在镜面反射方向上出现最大光强 光程相等 干涉得最大光强 即光程差为零 称为该平面的零级衍射谱
第二十四章 光的衍射
本章内容
Contents 24.1 惠更斯 - 菲涅耳原理
Huygens-Fresnel principle
chapter 24
24.2 单缝衍射
single slit diffraction
24.3 圆孔衍射
circular hole diffraction
24.4 光栅衍射
面间点阵散射波的干涉
面间散射波干涉
面1
作截面分析
面2
面3
…
布拉格定律
面间点阵散射波的干涉
求出相邻晶面距 离为 d 的两反射 光相长干涉条件
入射角 掠射角
层间两反射 光的光程差
相长干涉得 亮点的条件
布拉格定律
或布拉格条件
公式应用
根据晶体中原子有规则的排列，沿不同的方向，可划 分出不同间距 d 的晶面。 对任何一个方 向的晶面族，只 要满足布拉格公 式，则在该晶面 的反射方向上， 将会发生散射光 的相长干涉。
的布拉格第一级 强反射的 掠射角为 15°
15°
2 × 2.82×10-10 ×
1.46×10-10 m
m 15°
入射X射线波长 第二级强反射 的掠射角
0.5177
31.18 °
24 . 6
holographic photographic introduction
( 提供多个 方向的视差， 在观众通过移 动或转头改变 视点时，能获 得不同视点角 度的影响 )。
布拉格父子
1912 年 ， 英国物理学 家布拉格父 子提出 X射 线在晶体上 衍射的一种 简明的理论 解 释 —— 布 拉格定律， 又称布拉格 条件。
1915年布拉格父子获诺贝尔物理学奖，小布拉 格当年25岁，是历届诺贝尔奖最年轻的得主。
三维空间点阵
晶体结构中的三维空间点阵
氯化钠晶体 氯离子
Cl
高 压 电 源
X射线 由于未知这种射线的实质（或本性）， 将其称为 X 射线。
劳厄
X 射线发现17年后，于 1912年，德国物理学家劳厄 找到了 X 射线具有波动本性 的最有力的实验证据：
发现并记录了 X 射线通过 晶体时发生的衍射现象。
由此，X射线被证实是一种频率 很高（波长很短）的电磁波。 在电磁波谱中，X射线的波长范 围约为 0.005 nm 到 10 nm，相当
光刻技术制作 的晶体管栅极 对准精度 可达 20 nm 以内
( Extreme Ultraviolet Lithography )
真 空 或 介 质
电子云
电 子 测 控 及 数 据 处 理 系 统
计 算 机 显 示 系 统
Atomic Resolution STM on Si (111)
纵向 分辨率 达 0.005 n m
grating diffraction
24.5 X射线衍射
x-ray diffraction
介质中波动传到的各点，都可以看作能够发射 子波的新波源，在这以后的任意时刻，这些子波 的包络面就是该时刻的波面。
波在向前传播的过程中遇到障碍物(或障碍物中的缝隙)时,波线发生弯曲 并绕过障碍物(或障碍物中的缝隙)的现象称为波的衍射(或绕射) 。 衍射现象可用惠更斯原理的子波包络面概念定性解释。 衍射现象是否显著取决于波长与障碍物(或障碍物中的缝隙)的线度之比。 衍射现象是波动传播过程中的特征之一。
例
第三节
24 . 3
circular hole diffraction
圆孔艾里斑
圆孔公式
分辨本领
瑞利判据
略偏临界
分辨星星
如果用望远镜观
察到在视场中靠得
若将该望远镜的
物镜孔径限制得更
小，则可能分辨不
很近的四颗星星恰
能被分辨。
出这是四颗星星。
提高分辨
定性例1
定性例2
紫外纳米压印
作业
HOMEWORK
24 - 15 24 - 19 24 - 22 24 - 26
24 - 21 24 - 23
5. 在单缝衍射中已知缝宽为 0.5 mm，单缝到观察屏距离为 1 m，用单色可 见平行光垂直入射于单缝，发现观察屏上距离坐标中心为 2 mm 处是一 条暗纹的中心，求（1）该暗纹的级次和入射光的波长；（2）对于该暗 纹，单缝上的半波带数目。（书题 24.15）
＋
钠离子
Na
点阵的散射波
X射线
原子或离子中的电子在 外场作用下作受迫振动。
晶体中的 原子或离子
晶体点阵 中的每一阵 点可看作一 个新的源， 向外辐射与 入射的 X 射 线同频率的 电磁波，称 为散射波。
散射波干涉
X射线 X射线
晶体点阵的散射波可以相互干涉。 原子或离子中的电子在 外场作用下做受迫振动。
包括 晶体点阵 中的每一阵 面中点阵 点可看作一 散射波干涉 个新的波源， 和 向外辐射与 入射的 X 射 面间点阵 线同频率的 散射波干涉 电磁波，称 为散射波。
零级衍射谱
任一平面上的点阵散射波的干涉
入射
X射线 入射角
平面法线
镜面反射方向
掠射角
任一平面 上的点阵
干涉结果总是在镜面反射方向上出现最大光强 称为该平面的零级衍射谱
其最短波长为 4×10 - 4 mm 对于可见光，
则观察不到衍射现象 若 得
并非取任何比值 的 情况下都能观察到衍射现象
即
以至各级的衍射角太小，各级 谱线距零级太近，仪器无法分 辨，也观察不到衍射现象。
缺级现象
例
光栅光谱
※ 对同级明纹，波长较长的光波衍射角较大。 ※ 白光或复色光入射，高级次光谱会相互重叠。
根据布拉格公式
若已知晶体结构，可通过测 求入射X射线的波长及波谱。 求晶面间距及晶体结构。
若已入射X射线波长，可通过测
NaCl 单晶的 X 射线衍射斑点
多晶体的 X 射线衍射斑点
DNA构图
算例
根据布拉格公式
NaCl 晶体
主晶面间距为 2.82×10-10 m 对某单色X射线
Si (111)表面 7×7 元胞的STM图像 亮点表示突起，暗部表示下凹。
在原子线度下组字
横向
分辨率达 0.1 n m
第四节
24 . 4
grating diffraction
光柵衍射
双重因素
-2
-1
0
1
2
光栅方程
图示1
观察条件
由光栅方程
若
即
则
光栅常量
除
外，看不到任何衍射级。
若光栅常量 d ＜4×10 - 4 mm 即刻线密度 高于2500条 mm
1914年获诺贝尔物理学奖
于可见光波长的 10万分之一 到 50 分之一 。
劳厄的 X 射线衍射实验原理图
劳厄斑
晶体 （硫化铜） 记 录 干 板
X 射 线
衍射斑纹（劳 厄 斑）
晶体中有规则排列的原子，可看作一个立体的光栅。原子的线度和间 距大约为10 - 10 m 数量级，根据前述可见光的光栅衍射基本原理推断，只 要 入射X 射线的波长与此数量级相当或更小些，就可能获得衍射现象。
4.00×10 – 6 m 2.00×10 – 6 m
6 5 4 3
2
1
0
1
2
3
4 2,
5 4,
6 6
1, 2, 3
缺级：
只能出现 0， 1,