基本介紹
- 中文名：單縫衍射
- 外文名：Single slit diffraction
- 定義：光波會繞過障礙傳播的一種現象
- 分類：菲涅爾衍射與夫琅和費衍射
- 時間：1818年
簡介,菲涅爾衍射,夫琅禾費衍射,原理,特點,1）主極大,2）次級大,3）暗紋位置,4）明紋的角寬度,
簡介
依據光源、衍射屏（障礙物）及接收屏相對位置的不同，常將衍射
白光的單縫衍射現象
白光的單縫衍射現象分為兩類，即菲涅爾衍射與夫琅和費衍射。
菲涅爾衍射
夫琅禾費衍射
光源和光屏到障礙物的距離都很大，此時入射光為平行光，波面是平面，衍射光也是平行光。這種衍射稱為夫琅禾費衍射，它是夫琅禾費（J.von Fraunhofer）最早描述的（1821--1822年）。在實驗室里，我們可以很容易的用透鏡使入射球面光波變成平行光，很容易實現夫琅禾費衍射的條件。
顯然，菲涅爾衍射是普遍情況，夫琅禾費衍射只是它的特例。
夫琅禾費單縫衍射
當衍射角θ=0時,所有衍射光線從縫面AB到會聚點0都經歷了相同的光程,因而它是同位相的振動.
在O點合振動的振幅等於所有這些衍射線在該點引起的振動振幅之和,振幅最大,強度最大.
2.夫琅禾費單縫衍射
O點呈現明紋,因處於屏中央,稱為中央明紋.
設一束衍射光會聚在在螢幕上某點P ,它距螢幕中心 o 點為 x,對應該點的衍射角為θ.
在其它位置:
過B點作這束光的同相面BC,
由同相面AB發出的子波到P點的光程差,僅僅產生在由AB面轉向BC面的路程之間.
A點發出的子波比B點發出的子波多走了AC=asinθ的光程.
每個完整的半波帶稱為菲涅爾半波帶.
菲涅爾半波帶法:
用λ / 2 分割 ,過等分點作 BC 的平行線(實際上是平面),等分點將 AB 等分----將單縫分割成數個半波帶.
特點: 這些波帶的面積相等,可以認為各個波帶上的子波數目彼此相等(即光強是一樣的).
每個波帶上下邊緣發出的子波在P點光程差恰應的位相差為λ / 2.
菲涅爾數:單縫波面被分成完整的波帶數目.它滿足:
若單縫縫寬a,入射光波長λ 為定值,波面能被分成幾個波帶,便完全由衍射角決定.
若m=2,單縫面,被分成兩個半波帶,這兩個半波帶大小相等,可以認為它們各自具同樣數量發射子波的點.每個波帶上對應點發出的子波會聚到P點,光程差恰好為 λ /2,相互干涉抵消.此時P點為暗紋極小值處.
依此類推,當m=2k (k=1,2,3… )時,即m為偶數時,屏上衍射光線會聚點出現暗紋.（m為半波帶的數量）
當m=2k+1(k=1,2,3… )時,即m為奇數時，屏上顯示的是明紋.
分割成偶數個半波帶,P 點為暗紋.
分割成奇數個半波帶,P 點為明紋.
原理
惠更斯原理表明，波源發出的波陣面上的每一點都可視為一個新的子波源。這些子波源發出次級子波，其後任一時刻次級子波的包跡決定新的波陣面。惠更斯原理用光波能確定光波的傳播方向，但不能確定沿不同方向傳播的光振動的振幅。
菲涅爾在次級子波概念的基礎上，提出的“子波相干疊加”理論，又稱為 惠更斯-菲涅爾原理。這個原理表述為：同一波面上的每一微小面元都可以看作是新的振動中心，它們發出次級子波。這些次級子波經傳播而在空間某點相遇時，該點的振動是所有這些次級子波在該點的相干疊加。
特點
1）主極大
具有相同θ角的屏上部位具有相同的光強，因而屏上的衍射圖樣是一些相互平行的條紋，他們都平行於狹縫。對於θ=0的地方，各衍射光線之間由於沒有光程差而相干加強，因而此處光強最大。最大光強與狹縫寬度的平方成正比，最大光強又稱為主極大或零級衍射斑。
2）次級大
除了中央主極大外，屏上光強分布還有次級大存在。次級大的位置可通過計算結果為：
α =±1.43π，±2.46π，±3.47π，...
通常把次級大的位置近似表示為
asinθ =±（2k+1）λ / 2 (k = 1,2,3，...)
這些次級大又稱為 高級衍射斑 。
高級衍射斑的強度比中央零級衍射斑的強度小的多。
3）暗紋位置
暗紋位置滿足關係
asinθ =±kλ（k=1,2，...）
4）明紋的角寬度
規定相鄰暗紋的角距離為其間明紋的角寬度，即相鄰暗紋間的區域為對應明紋範圍，中央主極大的 半角寬度為
Δθ =λ/a
不難得到各次級大的寬度均相等，均等於中央主極大的半寬度。
