夫琅禾费衍射

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  夫琅禾费衍射汉语拼音:Fu lang he fei yan she;英语:Fraunhofer diffraction),光源和观察幕离障碍物(孔或屏)均为无穷远的衍射现象。实验装置如图,S为单色点光源,放置在透镜L1的物方焦点处,所得平行光垂直入射到障碍物,借助于透镜L2将无穷远处的衍射图样移至L2的像方焦面上观察。幕上的强度分布可用惠更斯-菲涅耳原理求得。

单缝衍射

  障碍物为单狭缝,其长度比缝宽a要大得多,故可看作无穷长。由于在缝的长度方向对入射光没有限制,在该方向上不发生衍射;在垂直于缝长方向对光有限制,将发生衍射。幕上P 点的强度I取决于衍射角为θ的衍射光在该点的相干叠加结果,图中为其强度分布曲线 ,I0 为中心点O的光强。θ=0时,I=I0,强度达极大值,称衍射主极大(或中央极大)。当衍射角θ满足sinθ=kλ/a(k=±1,±2,…,λ为波长)时,I=0,称衍射极小。相邻两极小间有一次极大,其强度远比中央极大要小,中央极大占有入射能量的绝大部分。

  当缝宽a远远大于时,所有次极大和极小均向中心点O靠拢,在极限情形下(a→∞ )缩成一点,此即几何光学的结果。只有当缝宽a与波长λ可比拟时才能观察到明显的衍射现象。衍射极小(或极大)的位置和间距与波长有关,对不同波长的光,除中央极大重合外,其他各级次极大均彼此分离,所以,用白光作为光源时将会得到彩色衍射图样。

圆孔衍射

  障碍物为带圆孔的不透光屏。设圆孔半径为a ,幕上将观察到中央为亮斑的同心圆环状衍射图样,其强度分布曲线如图,I0为中央极大中心处(θ=0)的光强。图中一系列极小值对应暗圆环,相邻两极小间的次极大对应亮圆环。中央亮斑称为爱里斑,约占入射能量的84%。小角衍射时爱里斑的半角宽为

  (图1)D为圆孔直径。D愈大,爱里斑的直径愈小,各级次极大均向中心靠拢,D>>λ 时,整个衍射图样缩成中心的一个点,此即几何光学的结果。 光学成像仪器中的透镜均有圆形边框,望远镜的物镜将产生夫琅禾费圆孔衍射,这使所成像不是由几何光学的像点而由一系列爱里斑组成,这必然影响像的清晰度。两个离得很近的爱里斑刚能分辨的标准是由J.W.S.瑞利提出,称瑞利判据。瑞利判据为:两强度分布相同的爱里斑重叠后,其总光强分布曲线中央凹陷处的光强为最大光强的80%时刚好能分辨。此情形相当于一个亮斑的第一极小恰好与另一亮斑的中央极大重合(见图)。能分辨出两个亮斑的最小角间距称为最小分辨角,它等于

  (图2)可用物镜的最小分辨角来表示它的分辨本领。直径D愈大,分辨本领就愈高,这就是为什么天文望远镜的直径设计得越来越大的原因之一。