衍射光栅及光栅光谱讲稿.ppt

关于衍射光栅及光栅光谱第一页，讲稿共二十五页哦一一.衍射光栅衍射光栅2.光栅常数光栅常数d反射光栅反射光栅透射光栅透射光栅1.光栅光栅 大量等宽等间距的平行狭缝大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面或反射面)构成的光学元件构成的光学元件Ch12-4 衍射光栅及光栅光谱衍射光栅及光栅光谱透光宽度透光宽度不透光宽度不透光宽度光栅常数光栅常数d是描述光栅性质的最重是描述光栅性质的最重要的物理量之一，它反映了光栅要的物理量之一，它反映了光栅的空间周期性。的空间周期性。第二页，讲稿共二十五页哦且光栅宽度且光栅宽度 l 与总缝数与总缝数N和光栅常数和光栅常数d存在如下关系存在如下关系l在实验室中用的光栅，一般有在实验室中用的光栅，一般有设光栅宽度为设光栅宽度为 l，每毫米缝数为每毫米缝数为 m，则总缝数，则总缝数第三页，讲稿共二十五页哦二二.光栅衍射图样的形成光栅衍射图样的形成 那么光栅的衍射条纹是不是把那么光栅的衍射条纹是不是把N个缝的衍射条纹个缝的衍射条纹直接叠加就可以了呢？下面我们看一些在实验室拍的直接叠加就可以了呢？下面我们看一些在实验室拍的单缝和光栅衍射的照片。单缝和光栅衍射的照片。*S f f 透镜透镜L 透镜透镜Lp光栅平面光栅平面观察屏观察屏0第四页，讲稿共二十五页哦单缝和不同缝数光栅的衍射条纹单缝和不同缝数光栅的衍射条纹第五页，讲稿共二十五页哦单缝衍射与光栅衍射条纹光强分布的比较单缝衍射与光栅衍射条纹光强分布的比较单缝衍射单缝衍射光强曲线光强曲线I0 光栅衍射光栅衍射光强曲线光强曲线由照片和光强分布曲线的对比可以看出：由照片和光强分布曲线的对比可以看出：光栅衍射条纹并不是光栅衍射条纹并不是N个单缝的衍射条纹的直个单缝的衍射条纹的直接叠加，为什么呢？接叠加，为什么呢？原因在于光栅衍射中不同缝发出的原因在于光栅衍射中不同缝发出的光线之间也会发生相干叠加。光线之间也会发生相干叠加。第六页，讲稿共二十五页哦光栅衍射条纹的分析光栅衍射条纹的分析P透透镜镜L光光栅栅 光栅衍光栅衍射条纹是每射条纹是每个缝自身的个缝自身的衍射和缝之衍射和缝之间的干涉的间的干涉的综合效果。综合效果。第七页，讲稿共二十五页哦1.缝间干涉缝间干涉明纹（主极大）条件明纹（主极大）条件衍射角衍射角 设每个缝自身衍射后的光线的光矢设每个缝自身衍射后的光线的光矢量振幅为量振幅为A1()，则明纹主极大处总振，则明纹主极大处总振幅幅光栅条纹的特点一：光栅条纹的特点一：明亮明亮第八页，讲稿共二十五页哦暗纹条件暗纹条件P以与以与0级主极大相邻的暗纹为例级主极大相邻的暗纹为例当当 时，时，可以把整个光栅分为两可以把整个光栅分为两个光线不连续的个光线不连续的“半波半波带带”，对应的缝间的光，对应的缝间的光线干涉相消，线干涉相消，P处形成处形成暗纹。暗纹。可得可得0级主极大的半角宽度级主极大的半角宽度光栅条纹的特点光栅条纹的特点二：二：细窄细窄第九页，讲稿共二十五页哦 由以上分析可得，相邻的两个主极大之间有由以上分析可得，相邻的两个主极大之间有N-1条暗纹，相邻暗纹之间的光强也不为条暗纹，相邻暗纹之间的光强也不为0，但是要远小于，但是要远小于又光栅方程决定的明纹主极大的强度，称之为次极大，故又光栅方程决定的明纹主极大的强度，称之为次极大，故相邻的两个明纹主极大之间还有相邻的两个明纹主极大之间还有N-2条次极大。条次极大。同理，可得其它级次的暗纹条件同理，可得其它级次的暗纹条件第十页，讲稿共二十五页哦光栅条纹的特点三：光栅条纹的特点三：分散分散例如，当例如，当N=5时（暂没有考虑各缝自身衍射的影响）时（暂没有考虑各缝自身衍射的影响）由于次极大的光强太小了以至于人眼看不到，由于次极大的光强太小了以至于人眼看不到，所以在相邻的两个主极大之间是一片暗区所以在相邻的两个主极大之间是一片暗区第十一页，讲稿共二十五页哦2.单缝衍射对光栅多光束干涉结果的调制单缝衍射对光栅多光束干涉结果的调制I/I0单缝衍射单缝衍射光强曲线光强曲线I/16I00单缝单缝衍射衍射 轮廓线轮廓线光栅衍射光栅衍射光强曲线光强曲线第十二页，讲稿共二十五页哦若衍射角若衍射角同时满足条件同时满足条件则每缝出射的光线因各缝自身的则每缝出射的光线因各缝自身的单缝衍射而相消单缝衍射而相消，因而尽管各缝间的因而尽管各缝间的干涉是加强干涉是加强，但仍为暗纹。，但仍为暗纹。这一现象叫这一现象叫缺级缺级单缝衍射对缝间干涉调制的特例：单缝衍射对缝间干涉调制的特例：缺级缺级第十三页，讲稿共二十五页哦缺级满足关系缺级满足关系得得从从和和缺级满足的关系缺级满足的关系光栅条纹的特点四：光栅条纹的特点四：可能缺级可能缺级问：缺级是否一定从存在？问：缺级是否一定从存在？第十四页，讲稿共二十五页哦例：双缝衍射的结果讨论例：双缝衍射的结果讨论第十五页，讲稿共二十五页哦讨讨 论论观察屏上条纹最高级次观察屏上条纹最高级次第十六页，讲稿共二十五页哦单缝衍射中央明纹区条纹最高级次单缝衍射中央明纹区条纹最高级次由由第十七页，讲稿共二十五页哦N、a、d和和 对条纹的影响对条纹的影响主极大间隔主极大间隔主极大半角宽度主极大半角宽度光栅方程光栅方程Flash第十八页，讲稿共二十五页哦入射光为入射光为白光白光时，时，不同，不同，不同，按波长分开形成不同，按波长分开形成光谱光谱.一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱三三 衍射光谱衍射光谱第十九页，讲稿共二十五页哦光谱分析光谱分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所由于不同元素（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物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量第二十页，讲稿共二十五页哦例例 题题 一束波长为一束波长为 480 nm 的单色平行光，照射在每毫米内有的单色平行光，照射在每毫米内有600条刻痕的平面透射光栅上。条刻痕的平面透射光栅上。求求(1)光线垂直入射时，最多能看到第几级光谱？光线垂直入射时，最多能看到第几级光谱？(2)光线以光线以 30o入射角入射时，最多能看到第几级光谱？入射角入射时，最多能看到第几级光谱？由由 -90o 得得由由 90o 得得解解(1)(2)第二十一页，讲稿共二十五页哦例例：一一块块每毫米刻痕每毫米刻痕为为500条的光条的光栅栅，用，用钠钠黄光正入射，黄光正入射，钠钠黄黄光中含有两条光中含有两条谱线谱线，其波，其波长长分分别为别为589.6nm和和589.0nm。求。求分别分别在第在第2级级和第和第3级级光光谱谱中中这这两条两条谱线谱线分开的角度。分开的角度。解解第二十二页，讲稿共二十五页哦例例：用波用波长长=600nm的的单单色光垂直入射到一衍射光色光垂直入射到一衍射光栅栅上，上，测测得第二得第二级级主极大的衍射角主极大的衍射角为为30，且第三，且第三级级是缺是缺级级，求（，求（1）光）光栅栅常数（常数（a+b）等于多少；）等于多少；（2）透光）透光缝缝可能的最小可能的最小宽宽度度a等于多少；等于多少；（3）在确定了的上述（）在确定了的上述（a+b）和）和a之后，在屏上呈之后，在屏上呈现现出的全部主极大的出的全部主极大的级级次。次。解解第二十三页，讲稿共二十五页哦单缝位置对衍射图的影响单缝位置对衍射图的影响返回第二十四页，讲稿共二十五页哦2022/10/12感谢大家观看第二十五页，讲稿共二十五页哦