光学 2.1光的衍射 惠.ppt

1、第二章 光的衍射,2.1光的衍射、 惠更斯菲涅耳原理,一、产生光波衍射的条件,1、衍射（diffraction）：光在传播过程中遇到障碍物时，会偏离原来的直线传播而饶过障碍物边缘进入几何阴影区并在阴影区内出现光强不均匀分布的现象，叫做光的衍射。,索末菲将衍射定义为：“不能用反射或折射来解释的光线对直线光路的任何偏离”。即光在传播过程中不遵从几何光学规律的现象。,2、衍射装置,凡能使波前复振幅或相位改变的障碍物，统称衍射屏。只改变光场振幅的衍射屏（例如圆孔、狭缝等）成为振幅型衍射屏。只改变光场相位的衍射屏（例如透镜、棱镜等）成为相位型衍射屏。,3、衍射现象的特点,第一、光束在衍射屏上的什么方位受

2、到限制，则接收屏上的衍射图样就沿该方向扩展。,第二、光孔线度愈小，对光束限制愈厉害，则衍射图样愈加扩展，即衍射效应愈强。,4、产生光的明显衍射的条件,（1）障碍物的几何尺寸（线度）与波长可以比拟或比波长小。,（2）另外还与观察的距离和方式，光源的强度等多方面因素有关。,二、惠更斯菲涅耳原理,1、惠更斯（Huygens 1690荷兰物理学家）原理,(1) 惠更斯原理：任何时刻波面上的每一点都可作为次波的波源，各自发出球面波；在以后的任何时刻，所有这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面。,波面：在波的传播过程中，位相相同的点的轨迹,（2）惠更斯原理的意义, 根据惠更斯原理可由已知波面求另一

3、时刻的波面，从而可以推导出光的直线传播定律、反射定律及折射定律，并解释晶体的双折射现象。, 可定性的解释光衍射的部分现象，即可定性说明光偏离直线的现象。（对光的衍射能加以粗略的说明）。,（3）惠更斯原理的缺陷（惠更斯原理实质上是一种几何作图法）, 不能完全解释光的衍射现象。只能定性说明光在障碍物边缘偏离直线的现象，而实际上，光通过障碍物后还在屏上出现明暗相间的条纹。这对惠更斯原理就无能为力。不能区别光的直线传播和衍射现象产生的条件。无法对衍射结果作定量描述。, 不能解释波的干涉现象。, 惠更斯原理会导致有倒退波的存在。,应该指出的是：惠更斯提出这个原理的目的只在于解释光的直线传播定律、反射定律

4、及折射定律，他认为包络面以外的次波是不起作用的。,(4) 惠更斯原理的缺陷的原因,因为波具有两个基本性质，一方面它是扰动的传播，一点的扰动能够引起其它点的扰动，各点间的扰动是相互联系的；另一方面，它具有时空周期性波长、振幅和位相。,而惠更斯原理中的“次波”概念正是反映了波的扰动性，这是他成功的地方，但没有涉及波的时空周期性即波长、振幅和位相等。因此具有以上缺陷。,2、惠更斯-菲涅耳原理,（1）惠更斯菲涅耳原理：,惠更斯菲涅耳原理的核心思想是“次波相干叠加”,（2）菲涅耳积分公式,(c) P点的振幅与波源振幅及距离的关系,(d) P点的振幅与倾角的关系,(3),(4),波面S在P点的合振幅表示为,次波源ds在P点的振幅表示为,(6),(5),（3）惠更斯菲涅耳原理的意义,成功之处：理论上可以解释和描述光束通过各种形状的障碍物时所产生的衍射现象。,不足之处：计算起来困难。,3、惠更斯-菲涅耳原理对几何光学定律的解释,图1.3 用惠更斯-菲涅耳原理解释反射定律和折射定律,（1）对反射定律和折射定律的解释,四、衍射的分类,1、菲涅耳衍射：障碍物（衍射屏）到光源和考察点的距