閃耀光柵衍射的光強(qiáng)分布及計(jì)算機(jī)模擬-畢業(yè)論(編輯修改稿)
2025-07-10 21:47 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 陣構(gòu)成的。衍射光柵可以用來(lái)從白光或 多色光中分離 單色光和研究光譜 是光譜學(xué)研究中的重要色散元件，因此在許多光學(xué)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。 光譜儀器是一種利用光學(xué)光譜的色散原理設(shè)計(jì)的光學(xué)儀器，能夠通過(guò)觀測(cè)、研究光譜來(lái)了解物質(zhì)、各種反應(yīng)過(guò)程，相較其他分析儀器，具 有分析精度高 測(cè)量范圍大、速度快等優(yōu)點(diǎn) 。作為主要的分析儀器 光譜儀器占據(jù)了分析儀器市場(chǎng)份額的 25%左右，已經(jīng)形成了年產(chǎn)值幾十億美元的相關(guān)產(chǎn)業(yè)，在社會(huì)、生活和科學(xué)研究中發(fā)揮著重要的作用。目前， 光譜儀已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、衛(wèi)生、醫(yī)藥、食品、環(huán)保 紡織、 材料、冶金、石化、能源等諸多領(lǐng)域，也是軍事勘察、宇宙 探測(cè)等 必不可少的遙感設(shè)備。 衍射元件與光譜儀器是相輔相成、密不可分的 。 歷史上光柵的出現(xiàn)將光譜儀的發(fā)展帶上了一個(gè)新的臺(tái)階，與此同時(shí)光譜儀器的發(fā)展也有力 的推動(dòng)了光柵的進(jìn)步。如今衍射光柵已成為光譜儀器的核心器件， 其光譜分辨率與衍射效率等指標(biāo)都直接決定了光譜儀的性能。目前，光柵 光譜儀器主導(dǎo)著光譜儀器的市場(chǎng)，占其市場(chǎng)份額的九成左右，因此，作為光譜儀器核心競(jìng)爭(zhēng)力之一的衍射光柵的發(fā)展也備受關(guān)注。 課題背景及研究意義 光柵是重要的分光元件之一，在大多數(shù)光譜儀和單色儀中經(jīng)常用到。在波動(dòng)光學(xué)的教學(xué)中光柵既是難點(diǎn) 又是 重點(diǎn)。在現(xiàn)行光學(xué)教材中，對(duì)平面透射式光柵的 講解是十分詳細(xì)的，并且有相當(dāng)一部分文獻(xiàn)針對(duì)平面透射式光柵展開(kāi)了討論 。相對(duì)而言，閃耀光柵衍射圖樣分析在教材中僅僅提及，雖然有部分文獻(xiàn)對(duì)于閃耀光柵的衍射作了一定的研究 ，但相關(guān)討論數(shù)學(xué)運(yùn)算較 為復(fù)雜。 本文借 Mathematica軟件模擬了閃耀光柵衍射光強(qiáng)度與閃耀角和入射光的關(guān)系。對(duì)選定的閃耀光柵而言，它有特定的閃耀角，當(dāng)選擇閃耀波長(zhǎng)入射時(shí)，衍射圖樣只存在一列光譜 。 適當(dāng)加寬入射光譜范圍，可以看到這僅存的一序光譜將以閃耀波長(zhǎng)為中心進(jìn)行展開(kāi) 。 當(dāng)入射光波長(zhǎng)范圍較寬時(shí)將會(huì)有多序 光譜重疊。 課題研究?jī)?nèi)容 1. 理解衍射現(xiàn)象及閃耀光柵衍射原理，分析閃耀光柵零級(jí)分光的原因。 2. 通過(guò)對(duì)平面衍射光柵光強(qiáng)的分析，得出閃耀光柵的光強(qiáng)分布并對(duì)其分布特征進(jìn)行分析。 3. 用計(jì)算機(jī)模擬閃耀光柵衍射的光強(qiáng)分布。 第二章 衍射現(xiàn) 象 光的衍射 含義及類(lèi)型 在日常生活中，我們常常會(huì)發(fā)現(xiàn)以下這樣的現(xiàn)象：物體在投影儀或者幻燈機(jī)的照射下，在幕布上的投影邊緣會(huì)有色彩顯示出來(lái)。在幾何光學(xué)的概念射里，光是沿著直線傳播的，所以，以上現(xiàn)象用幾何光學(xué)的知是無(wú)法解釋的。這種現(xiàn)象只能由光的衍 射現(xiàn)象解釋?zhuān)汗獾难苌渲傅氖枪獗荛_(kāi)其障礙物，不經(jīng)過(guò)直線傳播就進(jìn)入幾何的陰影，并且在屏幕上呈現(xiàn)光強(qiáng)不均勻的光學(xué)現(xiàn)象。光的波動(dòng)性質(zhì)決定了光衍射現(xiàn)象的發(fā)生，發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象條件：障礙物的尺寸或者縫、孔的寬度與波長(zhǎng)差不多，或者比波長(zhǎng)短的時(shí)候，衍射現(xiàn)象才會(huì)比較明顯。 。衍射中的“衍”包含“展開(kāi)”與“多余”的意思，當(dāng)遇到障礙時(shí)可以繞過(guò)障礙，得以“展開(kāi)”，而出現(xiàn)了本不該有的，就是“多余”之意。至于光在繞過(guò)障礙后光強(qiáng)如何分布，在觀察屏上能否顯現(xiàn)圖樣，可以被觀察到，就會(huì)與是否“衍射”不存在任何關(guān)聯(lián)了。 2． 由邏輯角度來(lái)看。概念應(yīng)該是對(duì)事物的本質(zhì)屬性的反映。光的衍射 與光的干涉作為兩個(gè)有力的證據(jù)證明了“光是波”這一概念的正確性，光的衍衍射與干涉作為光的波動(dòng)性概念下的兩個(gè)不同的子概念，是對(duì)光波這一概念所包 含的兩個(gè)不同方面基本性質(zhì)的反映。光波的拐彎偏折使出現(xiàn)的暗帶內(nèi)的 光強(qiáng) 不會(huì)為零，這是光的衍射與光的其他相關(guān)概念相區(qū)別的本質(zhì)屬性與顯著 特征。而光波相干疊加又使得陰影內(nèi)光強(qiáng)分布不均勻，這也正是光的干涉的本質(zhì)屬性與顯著特征的真正體現(xiàn)。在“光的衍射”的傳統(tǒng)定義中，混淆了衍射與干涉概念，
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