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zzl719

新虫 (初入文坛)

[求助] 当衍射光栅的光栅常数大于波长,但每条缝宽小于光波长时,会有什么样的衍射图样?

如题,最近在做一个光栅的理论分析,想请教下各位懂光学的前辈,因为小弟是做纳米的,对光学不太懂,想知道对于一个周期性(即光栅常数)为d,每条缝宽为b,d>λ但b<λ的光栅来说,衍射图样会是什么样?因为大家都知道,对于普通的光栅衍射,如果以波长为λ的光入射,一般要求必须满足光栅周期大小d>λ和缝的宽度b>λ,以满足干涉条件sinθ=kλ/d<1和单缝衍射条件sinθ=kλ/b<1,这时,光栅衍射是多缝干涉和单缝衍射相互叠加的结果:(如附图所示:图引自姚启钧《光学教程第二版》)

现在问题来了,在我的情况中,满足了d>λ,但b<λ。也就是说干涉条件成立,但单缝衍射条件sinθ=kλ/b<1不成立,那么此时光屏上会发生什么情况呢?干涉条纹还会继续存在,但呈现相同的强度?还是说根本就没有条纹出现了呢???

对此我已经困惑了好久,从各种书上都找不到答案,网上也搜了个遍,所以才来请教各位高手,望知道的告诉一下吧,先谢谢啦!!!!^^

光栅常数d和缝宽b



衍射图样
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gloria888

金虫 (小有名气)

引用回帖:
9楼: Originally posted by annkk at 2011-12-24 15:14:29:
5楼地公式用错了吧!-λ<bsinθ<λ对应中央明纹?我记得是,-λ<dsinθ<λ对应中央明纹。

没错,你记错了
10楼2011-12-25 09:27:49
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annkk

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
感谢参与,应助指数 +1
夕阳西下(金币+5): 鼓励一下 2011-12-24 10:26:03
这个问题挺复杂的,但是我只能从物理图像上解释这个问题。

第一,我们必须从最简单的情况出发。所谓最简单情况就是单缝衍射,或单孔衍射(泊松亮斑)。这是如果我们问如果缝比较宽,或者孔比较大,会有什么结果?相信答案是比较显而意见的,衍射条纹对比度变差,衍射图像变得模糊不清。原因很简单,就是衍射要求光源为点光源或窄缝光源。如果光源变成的比较大(面光源),会导致在成像屏上会有很多条不衍射路径在屏某点汇聚,点光源和窄缝光源可以有效保证这些衍射路径的光是相干的,然而对于面光源,相关性被破坏,图像变得很差。

第二,有了第一的结论,你的问题就迎刃而解了。光栅常数d和缝宽b是各有用途的。如第一介绍,缝宽b是用来保证点光源或者缝光源的,必须足够窄,这样光才能在一个方向上被有效的限制,从来近似成一个相干光源。光栅常数d是用来产生光程差的,既调控我们在观测屏上的衍射条纹的级数和对比度(前提是必须有衍射发生)。如果d太大 ,产生的光程差,超过光波的本身的时间相关长度或者空间相关长度,衍射条纹不会被观察大。因此说,对于一个特定波长的光,我们必须恰当选取特定光栅常数和缝宽b的光栅,这有这样才能看到光的衍射和干涉!

大家可以补充,都是我自己看书的理解。如果有错误,就说明我没有学好!

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性格决定成败!
2楼2011-12-24 08:38:13
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zzl719

新虫 (初入文坛)

送鲜花一朵
引用回帖:
: Originally posted by annkk at 2011-12-24 08:38:13:
这个问题挺复杂的,但是我只能从物理图像上解释这个问题。

第一,我们必须从最简单的情况出发。所谓最简单情况就是单缝衍射,或单孔衍射(泊松亮斑)。这是如果我们问如果缝比较宽,或者孔比较大,会有什么结果 ...

看了你的回复感觉一下子明白了好多东西,谢谢!!只是还是有点疑惑,你说缝必须尽量窄以形成线光源,那么就是说即使缝宽b小于波长λ也没有关系吗?这时候单缝衍射已经没有条件了,而只剩下干涉,那么还会有衍射图样吗?
3楼2011-12-24 12:28:24
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annkk

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
3楼: Originally posted by zzl719 at 2011-12-24 12:28:24:
看了你的回复感觉一下子明白了好多东西,谢谢!!只是还是有点疑惑,你说缝必须尽量窄以形成线光源,那么就是说即使缝宽b小于波长λ也没有关系吗?这时候单缝衍射已经没有条件了,而只剩下干涉,那么还会有衍射图 ...

没有看懂你的问题。
性格决定成败!
4楼2011-12-24 13:11:52
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