大学物理-衍射光栅ppt课件.ppt

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1、第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版1一一 光栅光栅 等宽度等宽度、等距离等距离的狭缝排列起来的光学元件的狭缝排列起来的光学元件.QoLPf衍射角衍射角第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版2sin) (bb二二 光栅衍射条纹的形成光栅衍射条纹的形成bbbb光栅常数：光栅常数：m101065光栅常数光栅常数衍射角衍射角b ：透光部分的宽度：透光部分的宽度b ：不透光部分的宽度：不透光部分的宽度第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版3), 2 , 1

2、, 0( sin) (kkbb光栅方程光栅方程相邻两缝间的光程差：相邻两缝间的光程差：sinsin) (dbb 光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果这里的明纹也称为这里的明纹也称为主极大主极大其中其中 为光栅常数为光栅常数 bbd或写成或写成kdsin光栅常数常光栅常数常是按是按每厘米每厘米刻痕刻痕给出给出第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版4讨讨 论论), 2 , 1 , 0( sin) (kkbb23230I sin) (bb 光强分布光强分布1sinbbkk,2maxbbkk 条纹最高级数条纹最高级数第十一

3、章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版5 光栅中狭缝条数越多，明纹越细光栅中狭缝条数越多，明纹越细.1 条条 缝缝20 条条 缝缝3 条条 缝缝5 条条 缝缝条纹与光栅常数的关系条纹与光栅常数的关系第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版6sinsin, 11bbkkk一定，一定， 减少，减少， 增大增大 bb kk1bb 一定，一定， 增大，增大， 增大增大kk1光栅常数光栅常数越小，明纹越窄越小，明纹越窄，明纹间相隔，明纹间相隔越远越远.), 2 , 1 , 0( sin) (kkbb 入射光波长越大，

4、明纹间相隔越远入射光波长越大，明纹间相隔越远.这里这里一般不是很小一般不是很小不能取近似不能取近似sin第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版7补充：补充： 谱线缺级现象谱线缺级现象*光栅明纹光栅明纹单缝暗纹条件单缝暗纹条件kkbbbkbbbk 当当k k 取某些非零整数使取某些非零整数使k k为整数时为整数时, k, k级级谱线缺失谱线缺失. .称谓称谓-谱线缺级谱线缺级kbbsin)(上两式同时成立上两式同时成立,则有则有sinbk第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版8 i光栅方程可写成光栅方

5、程可写成 斜入射情况斜入射情况* 如一平行光以与如一平行光以与缝面夹角缝面夹角 i i, 斜入射斜入射平面光栅时平面光栅时光程差为光程差为)sin(sinid注意注意:这里这里 i 和和 在什么情况下取在什么情况下取正正(或或)负负()(sinsin )bbik 第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版9入射光为入射光为白光白光时，形成时，形成彩色光谱彩色光谱.三三 衍射光谱衍射光谱sin0I一级光谱一级光谱二级光谱二级光谱三级光谱三级光谱 bb第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版10例如例如二级光

6、谱重叠部分光谱范围二级光谱重叠部分光谱范围nm 7604002sin) (bb二级光谱重叠部分二级光谱重叠部分：nm 760600紫3sin) (bbnm 60023紫第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版11连续光谱：炽热物体光谱连续光谱：炽热物体光谱线状光谱：放电管中气体放电线状光谱：放电管中气体放电带状光谱：分子光谱带状光谱：分子光谱衍射光谱分类衍射光谱分类光谱分析光谱分析由于不同元素（或化合物）各有自己特由于不同元素（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物；

7、还可从谱线的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强度定量分析出元素的含量.第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版12 例例1 用白光垂直照射在每厘米有用白光垂直照射在每厘米有6500条刻条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角.解解nm 7604006500/1cm bb148. 165001cmcm106 . 73sin522bbk红光红光78. 065001cmcm1043sin511bbk紫光紫光 26.511不可见不可见第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅

8、物理学物理学第五版第五版13第第三三级光谱的级光谱的张角张角74.3826.5100.90第三级光谱所能出现的最大波长第三级光谱所能出现的最大波长kbb90sin) (nm 5133bb绿光绿光第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版14 1885 1885年年伦琴伦琴发现，受高速电子撞击的金属发现，受高速电子撞击的金属会发射一种穿透性很强的射线称会发射一种穿透性很强的射线称射线射线.1E2EX 射线射线冷却水冷却水PKnm)1004. 0(三三 X 射线的衍射射线的衍射第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五

9、版第五版15劳劳 厄厄 斑斑 点点铅板铅板单晶片单晶片 照像底片照像底片 单晶片的衍射单晶片的衍射19121912年劳厄实验年劳厄实验第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版16 1913年英国年英国布拉格父子布拉格父子提出了一种解释提出了一种解释射线衍射的方法，给出了定量结果，并于射线衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物理学诺贝尔奖年荣获物理学诺贝尔奖.布布 拉拉 格格 反反 射射d入射波入射波散射波散射波oCAB第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版17掠射角掠射角d晶格常数晶格常数

10、相邻两个晶面相邻两个晶面反射的两反射的两X射线干射线干涉涉加强的条件加强的条件 布拉格公式布拉格公式,2, 1 ,0kkdsin2CBAC sin2d布布 拉拉 格格 反反 射射d入射波入射波散射波散射波oCAB第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版18 用途用途 测量射线的波长研究测量射线的波长研究X射线谱，射线谱，进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一进而研究原子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能步研究材料性能.例如对大分子例如对大分子 DNA DNA 晶体的晶体的成千张的成千张的X射线衍射照片的分析，显示出射线衍射照片的分析，显示出DNADNA分子的分子的双螺旋双螺旋结构结构. 布拉格公式布拉格公式,2, 1 ,0kkdsin2第十一章第十一章 光学光学11-9 11-9 衍射光栅衍射光栅物理学物理学第五版第五版19DNA 晶体的晶体的X衍射照片衍射照片DNA 分子的双螺旋结构分子的双螺旋结构