夫琅禾费衍射
夫琅禾费衍射近似条件
夫琅禾费衍射近似条件
夫琅禾费衍射是指当光源和衍射屏之间的距离足够大时，衍射屏上的衍射现象可以近似为夫琅禾费衍射。
夫琅禾费衍射的近似条件包括以下几个方面：1. 光源和衍射屏之间的距离必须足够大，使得光源可以被看作是一个点光源。
这意味着光源的尺寸相对于光源到衍射屏的距离非常小，可以忽略不计。
2. 衍射屏的尺寸必须足够小，使得衍射屏上的每一个点都可以被看作是一个单独的光源。
这意味着衍射屏的尺寸相对于光源到衍射屏的距离非常小，可以忽略不计。
3. 观察屏必须足够远，使得观察屏上的每一个点都可以接收到来自衍射屏上每一个点的光线。
这意味着观察屏的尺寸相对于光源到观察屏的距离非常大，可以忽略不计。
4. 必须满足远场条件，即光源到衍射屏的距离必须远远大于衍射屏上最小可分辨的距离。
这意味着在衍射屏上的每一个点发出的光线在到达观察屏之前，已经相互干涉形成了一个干涉图样。
总之，夫琅禾费衍射的近似条件是光源和衍射屏之间的距离足够大，衍射屏的尺寸足够小，观察屏足够远，并且满足远场条件。
在这些条件下，夫琅禾费衍射可以被看作是一种近似的衍射现象，可以用简单的数学公式来描述。
夫琅禾费圆孔衍射教学课件
实验装置示意图
03
实验数据记录表
04
实验结果图像展示
结果分析方法介绍
理论模型与公式介绍 圆孔直径对衍射效果的影响
衍射角与波长关系分析 光源发散角对衍射效果的影响
讨论与结论总结
衍射现象的原理及意义
误差来源分析与减小误差 的方法
实验结果与理论预测的符 合程度
对实际应用中需要注意的 问题的讨论
05
误差来源与减小 误
夫琅禾费圆孔衍射教 学课件
目录
CONTENTS
• 基础知识回顾 • 实验装置与操作流程 • 实验结果分析与讨论 • 误差来源与减小误差方法 • 拓展知识：其他衍射现象介绍
01
引言
衍射现象与夫琅禾费圆孔衍射
衍射现象
指波在传播过程中遇到障碍物时， 会绕过障碍物产生弯曲，形成波 的散射现象。
夫琅禾费圆孔衍射
使用尺子测量光斑间距， 并记录数据。
04
关闭激光器，结束实验。
安全注意事 项
实验过程中需佩戴护 目镜，避免直接观察 激光器发出的光束。
实验结束后，关闭激 光器，并将所有实验 装置归位。
避免将手或其他物体 放在激光器发出的光 束中。
04
实验结果分析与讨 论
实验结果展示
01
02
夫琅禾费圆孔衍射实验原理图
提高实验精度措施
采用高精度的测量仪器和实验 设备，提高实验硬件水平。
建立完善的实验质量控制体系， 对实验过程进行全面监控和管理。
选用经过验证的实验方法和技 术，减少因方法和技术不当带 来的误差。
对实验数据进行严格审核和校 验，确保数据的准确性和可靠性。
06
拓展知识：其他衍
射现象介 绍
《高中物理光学课件-夫琅禾费衍射》
同轴圆眼和夫琅禾费衍射
同轴圆眼是一种特殊的夫琅禾费衍射器，其结构能够实现对光波的高效控制。 同轴圆眼在光学成像和光学测量中有重要的应用。
衍射在日常生活中的应用
夫琅禾费衍射在日常生活中有许多应用，例如手机屏幕的显示技术、传感器的测量原理以及激光器的构造等。
夫琅禾费衍射的研究历史
夫琅禾费衍射的研究可以追溯到19世纪。这一时期，夫琅禾费和菲涅尔等物 理学家做出了重要的贡献，推动了衍射现象的理论和实验探索。
著名物理学家夫琅禾费和菲涅 尔的贡献
夫琅禾费和菲涅尔是夫琅禾费衍射理论的奠基人。他们的工作深刻地影响了 光学领域的发展，并为后来的研究提供了重要的理论基础。
ห้องสมุดไป่ตู้
衍射的量化分析-信噪比、分辨率等
夫琅禾费衍射可以通过信噪比、分辨率等参数进行量化分析。这些参数可以帮助我们评估衍射效果的好坏，从 而优化光学系统的设计。
衍射的影响因素-光源、裂缝、衍射板等
夫琅禾费衍射的效果受到多种因素的影响，包括光源的强度、裂缝的形状和大小，以及衍射板的特性等。理解 这些影响因素对于设计和优化衍射器件至关重要。
衍射在光学技术中的应用-光学传感、光学 测量、光学显示
夫琅禾费衍射在光学技术领域有广泛的应用。它被用于光学传感、光学测量和光学显示等领域，为这些技术的 发展提供了基础和创新。
衍射与光学成像技术的关系
衍射是光学成像技术中重要的一个环节。通过控制衍射现象，可以实现高分辨率的光学成像，进一步推动光学 成像技术的进步。
光阑和衍射器
光阑和衍射器是控制光波衍射的重要工具。光阑用于限制光波传播的范围，而衍射器则通过控制光波的传播路 径来实现特定的衍射效果。
2—3 夫琅和费单缝衍射
3、狭缝上所有次波在P 的叠加
积分过程见（附录2－1） b sinu u sin A A A0 sincu 令 p 0 u
2 sin u 2 2 2 2 Ap A0 A sin c u 0 2 u
I p I 0 sinc 2 u P点光强随θ的分布
16
三、强度公式的讨论 1、最大最小位置：
y2 = u
-
·
-2.46
·
-1.43
· 0
0
+1.43
+2.46
解得 :
相应 :
u 1.43， 2.46， 3.47， „
b sin 1.43 , 2.46 , 3.47 ,„
19
前几个次最大的位置
次最大序号 次最大位置 相对强度
u
1.43 2.46
(k 1, 2, ) 暗纹 (k 1, 2, ) 明纹 中央明纹
•正、负号表示衍射条纹对称分布于中央明纹的两侧 •对于任意衍射角，单缝不能分成整数个半波带，
在屏幕上光强介于最明与最暗之间。
方法一、菲涅耳半波带法
I / I0
明纹宽度
中央明条纹的角宽度 为中央两侧第一暗条纹 之间的区域:
3.47
4.48
sin
3 2b 5 2.46 b 2b 7 3.47 b 2b 9 4.48 b 2b 1.43 b
I I 0
1 2 3 4
0.047
0.017
0.008
0.005
1 sin k0 k 2 b
b
0
sin (2k 1)
2b
夫琅禾费衍射现象
夫琅禾费衍射现象定义
夫琅禾费衍射是指把单色点光源放在透镜的焦点上，经过透镜后的单色平行光垂直照射衍射屏时，在屏后面不同距离上会观察到一些衍射现象，在场波通过圆孔或狭缝时发生，导致观测到的成像大小有所改变，成因是观测点的远场位置，及通过圆孔向外的衍射波有渐趋平面波的现象。
拓展资料：
夫琅禾费衍射使用惠更斯－菲涅耳原理，藉以把通过圆孔或狭缝的一波动分成多个向外的波动，使用透镜来有目的地衍射光的观测实验一般被用作描述这个原理。
当波动通过时，波动会被衍射分成两个波动，之后以平行的角度各自行进，后面跟着进来的波动亦是如此，在观测时把屏幕放在行进路线上来看成像条纹这个方法就用到这样的原理。
夫琅禾费圆孔衍射课件
目录
• 夫琅禾费圆孔衍射概述 • 衍射现象与波动理论 • 实验操作与结果分析 • 误差来源与实验改进 • 结论与展望
01
CATALOGUE
夫琅禾费圆孔衍射概述
定义与特点
定义
夫琅禾费圆孔衍射是指光通过一 个有限大小的圆孔后，在远场产 生的衍射现象。
特点
圆孔衍射的强度分布具有明暗相 间的干涉条纹，且随着孔径的减 小，条纹变得越明显。
THANKS
感谢观看
衍射现象与衍射系数
衍射现象
当光波遇到障碍物时，会绕过障碍物边缘继续传播的现象。
衍射系数
描述光波在衍射过程中各方向上强度分布的系数，与障碍物的形状、大小和波长 有关。
衍射的数学描述
惠更斯-菲涅尔原理
光波在传播过程中，每一个波前都可 以被视为新的子波源，子波的包络面 形成新的波前。
基尔霍夫衍射公式
描述了衍射光强分布的数学公式，是 求解衍射问题的重要工具。
研究展望与未步深入研究夫琅禾费圆孔衍射的 物理机制和数学模型，探索更精确的 理论预测方法，以提高实验结果的预 测精度。
加强与其他学科的交叉研究，如物理 学、数学、工程学等，以促进多学科 的融合与创新，推动光学技术的进步 与发展。
展望二
拓展夫琅禾费圆孔衍射的应用领域， 如光学成像、光束整形、光学微操纵 等，发掘其在现代光学技术中的潜在 应用价值。
01
02
03
04
使用高精度仪器
采用高精度测量仪器，如高精 度显微镜和测角仪，以提高测
量精度。
控制环境因素
在实验过程中，尽量减小环境 因素的影响，如保持室内恒温
、减少气流扰动等。
优化测量方法
采用更精确的测量方法，如使 用计算机辅助测量技术，以提
夫琅禾费圆孔衍射
光学
§ 2.4 夫琅禾费圆孔衍射
衍射图和强度分布曲线
I/I0
1.0
0.5
0.0175
0.0042
R sin
0
0.610 1.116 1.619
HP
L
艾 里 斑
d
L
D
P
1
d
1
f
d ：艾里斑直径
∆θ1：艾里斑的半角宽度
1 sin1
0.61 1.22
R
D
若透镜L的焦距为 f ,则艾里斑的线半径为:
y
f'
D
由于D>d，因此 y<l ,即艾里斑内至少有一对杨氏干涉暗条纹。
光学
§ 2.4 夫琅禾费圆孔衍射
双圆孔衍射图
另一方面，两个圆孔的光波之间还会产生干涉，因此整个
衍射图样是受单圆孔衍射调制的杨氏干涉条纹。
y
d
x
F'
D
f'
光学
§ 2.4 夫琅禾费圆孔衍射
杨氏双孔干涉条纹
圆孔衍射图样
衍射图样与干涉图样叠加的结果为：
光学
§ 2.4 夫琅禾费圆孔衍射
由夫琅禾费圆孔衍射，艾里斑的线半径为：
1.22 f '
d
由杨氏双孔干涉的条纹间距为：
sin 20
1.333
R
最大与次最大值的相对强度为：
I /I0 1.0
I1 A12 0.0175 I0 I 2 A22 0.0042 I0
s in 30
1.847
R
0.5
I3 A32 0.0016 I0
0.0175
0.0042
0
0.610 1.116 1.619
夫琅禾费衍射实验详细步骤
夫琅禾费衍射实验详细步骤夫琅禾费衍射实验是一种经典的光学实验，它揭示了光的波动性质和光的衍射现象。
本文将为你详细介绍夫琅禾费衍射实验的步骤。
实验所需材料和仪器：- 激光器或单色光源- 透镜（凸透镜或平凸透镜）- 狭缝- 屏幕（白纸或观察屏）实验步骤：1. 设置实验台：将激光器或单色光源以一定的角度照射在透镜上，使光通过透镜后能够产生衍射现象。
将屏幕放在透镜的后方，用于观察衍射光的形态。
2. 调整光源位置：将激光器或单色光源的位置调整到合适的距离，使得透镜后的光在屏幕上呈现出清晰的衍射图样。
调整光源的位置能够改变衍射光的强度和形态。
3. 调整透镜位置：根据实验需要，可以调整透镜的位置来改变聚焦效果。
通过调整透镜的位置，能够改变透镜产生的衍射光的角度和位置。
4. 改变狭缝宽度：在光源和透镜之间插入狭缝，并调整狭缝的宽度。
通过改变狭缝宽度，可以改变入射光的强度和色散效果。
5. 观察和记录实验现象：在屏幕上观察衍射光的现象，并记录下不同参数下的实验结果。
可以通过改变光源位置、透镜位置和狭缝宽度，观察不同条件下衍射光的形态和变化规律。
实验注意事项：- 在进行实验时，要注意光源和透镜的稳定性，确保实验结果准确可靠。
- 在调整狭缝宽度时，要小心操作，避免损坏实验装置。
- 在记录实验结果时，尽量使用图像和文字相结合的方式，准确描述实验现象和参数变化。
通过夫琅禾费衍射实验，我们可以深入理解光的波动性质和衍射现象的规律。
实验步骤的准确执行将有助于获得可靠和准确的实验结果，为进一步的研究和探索打下基础。
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波的强度 I
S
S EH
udt
1 t T I S S Sdt T t 1 2 1 t T r 2 E0 E0 H 0cos (t )dt 2 T t u
2或
结论：I 正比于 E0
H0
2,
1 2 通常用其相对强度 I E0 表示 2
（光强极小位置）Βιβλιοθήκη D D x ( 2 k 1 ) x 2k （光强极大位置） 2d 2d
• 光强分布
讨论
1.非相干叠加 (1) E1 E2
(2) 1 2
π E1 E2 E1E2cos 0 2
1 t T 1r1 2r2 E E {cos[( ) t ( ) ] 01 02 1 2 1 2 2T t c 1r1 2r2 cos[(1 2 )t (1 2 ) ]}dt 0 c 即 E1 E2 0
• 平面简谐电磁波的性质
(1) E 和 H 传播速度相同、
相位相同
y
E H
O
z
u
x
(2) 电磁波是横波 E H // u
(3) 量值上 (4) 波速
E H
u
1
真空中 c
1
0 0
2.9979 108 m s 1
(5) 电磁波具有波的共性 ——在介质分界面处有反射和折射
14 14
5.0 1014 ~ 5.4 1014 5.4 1014 ~ 6.1 1014 6.1 1014 ~ 6.4 1014
兰
紫
470~455
455~400
6.4 1014 ~ 6.6 1014
6.6 1014 ~ 7.5 1014
460
430
§14.2 光源 光波的叠加
I I max I1 I 2 2 I1I 2
如果
I1 I 2 I 0
I 4I0
(2) 相消干涉（暗） (2k 1)π ,
k 0,1,2,3...
I I min I1 I 2 2 I1I 2
如果
I1 I 2 I 0
I 0
3.相干条件、相干光源 相干条件:(1)频率相同(2)相位差恒定(3)光矢量振动方向平行 相干光源:同一原子的同一次发光
1r1 r E1 E01cos(1t 1 ) E2 E02cos( 2t 2 2 2 ) c c 2 2 2 EP E1 E2 EP E1 E2 2 E1 E2
光强
I p I1 I 2 2 E1 E2
第14章 波动光学基础
北极光
一. 电磁波
§14.1 光是电磁波
1. 电磁波的产生
凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源
例如：天线中的振荡电流 分子或原子中电荷的振动
2. 对电磁波 E , H 的描述（平面简谐波） r r E E0cos (t ) H H 0cos (t ) u u
当干涉项 2 E1 E2 0 , 非相干叠加 当干涉项 2 E1 E2 0 , 相干叠加
1
2
· r ·
r1
·
P
2
1 1r1 2r2 ] E1 E2 E01 E02{cos[(1 2 )t (1 2 ) 2 c 1r1 2r2 cos[(1 2 )t (1 2 ) ]} c
(3) (1 2 ) 不恒定
非相干叠加时
E1 E2 0
I P I1 I 2
2.相干叠加
I I1 I 2 2 I1I 2 cos
(1) 相长干涉（明） 2kπ ,
1 2
(r1 r2 )
c
k 0,1,2,3...
2
r2
S2
y
P( x , y , z )
x
d
S1
r1
D
O
z
2 xd xd r2 r1 r2 r1 D
xd 2k D 2
d D , x , y D
k 0,1,2,
光强极大
xd (2k 1) D 2
k 0,1,2, 光强极小
二. 光是电磁波
可见光七彩颜色的波长和频率范围 光色 波长(nm) 红 橙 黄 绿 青 760~622 622~597 597~577 577~492 492~470 频率(Hz) 中心波长 (nm) 660 610 570 540 480
3.9 1014 ~ 4.8 1014 4.8 10 ~ 5.0 10
§14.3 获得相干光的方法 杨氏实验
获得相干光的方法 1. 分波阵面法（杨氏实验) 2. 分振幅法（薄膜干涉)
一. 杨氏实验（分波阵面法）
• 实验现象
明条纹位置
s1
S
明条纹位置
s2
明条纹位置
• 理论分析
2 1 2
d 2 r D y (x ) 2 d 2 2 2 2 r2 D y ( x ) 2
c r r r 折射率 n 0 0 u
3. 电磁波的能量密度
1 1 2 w E H2 2 2
能流密度 S（坡印亭矢量）
dA udt w S uw dA dt
E H
u
dA
1 1 1 2 2 ( E H ) EH 2 2
一. 光源
(1) 热辐射 (2) 电致发光 (3) 光致发光 (4) 化学发光 自发辐射 能级跃迁 自 发 辐 射
(5) 同步辐射光源
(6) 激光光源
受 激 辐 射
E2
E2 E1 / h
波列
. .
E1
波列长 L = c 非相干(不同原子发的光) 非相干(同一原子先后发的光)
二.光波的叠加