衍射光栅.ppt
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1、 衍射光栅衍射光栅制作者:制作者:赣南师范学院物理与电子信息学院赣南师范学院物理与电子信息学院 王形华王形华1第四章 衍射光栅O 序一、光栅的定义 广义地说,具有周期性的空间结构或光学性能(如透射率、折射率)的衍射屏,统称为光栅。2二、常见的光栅种类1、在一块不透明的障板上刻出一系列等宽等间隔的平行狭缝一维透射光栅。(见图0-1a)2、在一块很平的铝面上刻一系列等间隔的平行槽纹反射光栅。(见图0-1b)33、晶体由于内部原子排列具有空间周期性而成为天然光栅(三维)。4、根据不同的情况光栅可以分为:透射光栅、反射光栅;平面光栅、凹面光栅、黑白光栅、正弦光栅;一维光栅、二维光栅、三维光栅等。光栅的
2、 衍射场具有鲜明的“多光束干涉”基本特征。41、多缝夫琅和费衍射一、实验装置和衍射花样a:缝宽 b:不透明部分宽度d=a+b:光栅常数:衍射方向角度5衍射图见图1-2(点光源、缝光源)6特点:1、出现了一系列新的极大和极小(与单缝相比),其中那些较强的亮线叫主极强,较弱的亮线叫做次极强。2、主极强的位置与缝数N无关,但它们的宽度随N增大而减小。3、相邻主极强间有N-1条暗纹和N-2个次极强。4、强度分布中保留了单缝衍射的痕迹,那就是曲线的包络(外部轮廓)与单缝衍射强度曲线的形状一样。75、强度分布曲线(图1-3)8二、N缝衍射的振幅分布和强度分布1、考虑把衍射屏上的各缝除某一条外都遮住(单缝衍
3、射)。单缝衍射)。振幅分布:振幅分布:a=a0sin/强度分布:强度分布:I=a2=a02(sin/)2 其中:其中:=asin/、为为衍射角。衍射角。2、单缝衍射时,单缝上下平移,幕上衍射图样不动(只取决于衍射角,与其位置无关),若让N条缝轮流放开,幕上获得的衍射图样完全一样。93、若若N条缝的光线彼此无关条缝的光线彼此无关,当它们同时放开时,幕上的强度与单缝一样,只是按比例地处处增加了N倍。4、N条缝的光波实际上是相干的条缝的光波实际上是相干的,且其之间存在位相差,由于多缝干涉幕上的强度发生了重新分布,实际为N个振动的合成。105、矢量法分析 L=dsin =2 L/=2dsin/=2(O
4、CB1为等腰三角形)2OCsin=OB1=aOC=a/2sin等腰 OCBN的顶角 N=2N 总振幅的振幅A=OBN =2OCsin(N)=asin(N)/sin11 I=a2(sinN/sin)2 即即:A=a0(sin/)(sinN/sin)I=a02(sin/)2(sinN/sin)2 其中:其中:=asin/=dsin/(sin/)2:单缝衍射因子单缝衍射因子 (sinN/sin)2:缝间干涉因子缝间干涉因子12三、缝间干涉因子的特点131、主极强峰值大小、位置、数目、主极强峰值大小、位置、数目 令 :=k(k=0、1、2、3、)则 :sinN=sinNk=0 sin=0 sinN/s
5、in=N这些地方缝间干涉因子主极大,对应于主极强。此时:(1)sin=k/d或或dsin=k即:凡是衍射角满足上式方向上,出现一个即:凡是衍射角满足上式方向上,出现一个 主极强,主极强位置与缝数无关。主极强,主极强位置与缝数无关。14(2)I=N2I10 主极强的强度是单缝在该方向主极强的强度是单缝在该方向上强度的上强度的N2倍。倍。(3)/2 sin 1 k d/即:主极强的数目有限。即:主极强的数目有限。若:若:d,k 只能取零,即:除零级外,只能取零,即:除零级外,无其它主极强。无其它主极强。角152.零点位置零点位置、主极强的半宽度和次级主极强的半宽度和次级强数目强数目(1)、当N等于
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