光的衍射与折射123

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1、光的衍射光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象，叫光的衍射。光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。光的衍射　　光波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何光学传播定律的现象。几何光学表明，光在均匀媒质中按直线定律传播，光在两种媒质的分界面按反射定律和折射定律传播。但是，光是一种电磁波，当一束光通过有孔的屏障以后，其强度可以波及到按直线传播定律所划定的几何阴影区内，也使得几何照明区内出现某些暗斑或暗纹。总之，衍射效应使得障碍物后空间的光强分布既区别于几何光学给出的光强分布，又区别于光波自由传播时的光强分布，衍射光强有了一

2、种重新分布。衍射使得一切几何影界失去了明锐的边缘。意大利物理学家和天文学家F.M.格里马尔迪在17世纪首先精确地描述了光的衍射现象，150年以后，法国物理学家A.-J.菲涅耳于19世纪最早阐明了这一现象。　　光的衍射现象的观察和特点衍射是一切波所共有的传播行为。日常生活中声波的衍射、水波的衍射、广播段无线电波的衍射是随时随地发生的，易为人觉察。但是，光的衍射现象却不易为人们所觉察，这是因为可见光的波长很短，以及普通光源是非相干的面光源。当用一束强光照明小孔、圆屏、狭缝、细丝、刀口、直边等障碍物时，在足够远的屏幕上会出现一幅幅不

3、同的衍射图样。在实验室中，过去用碳弧灯这类强点光源，而目前广泛采用氦氖激光器作光源来显示衍射现象，收到了良好的效果（图1）。衍射现象具有两个鲜明的特点：①光束在衍射屏上的某一方位受到限制，则远处屏幕上的衍射强度就沿该方向扩展开来。②若光孔线度越小，光束受限制得越厉害，则衍射范围越加弥漫。理论上表明光孔横向线度ρ与衍射发散角Δθ之间存在反比关系简介　　光波遇到障碍物  光的衍射以后会或多或少地偏离几何光学传播定律的现象。　　包括：单缝衍射、圆孔衍射、圆板衍射及泊松亮斑　　光在传播过程中，遇到障碍物或小孔（窄缝）时，它有离开直线路

4、径绕道障碍物阴影里去的现象。这种现象叫光的衍射。　　衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样[1]。产生条件　　产生衍射的条件是：由于光的波长很短，只有十分之几微米，通常物体都比它大得多，所以当光射向一个针孔、一条狭缝、一根细丝时，可以清楚地看到光的衍射。用单色光照射时效果好一些，如果用复色光，则看到的衍射图案是彩色的。特点　　光的衍射现象的观察和特点。衍射是一切波所共有的传播行为。日常生活中声波的  光的衍射定义衍射、水波的衍射、广播段无线电波的衍射是随时随地发生的，易为人觉察。但是，光的衍射现象却不易为人们所觉察，这是因为可

5、见光的波长很短，以及普通光源是非相干的面光源。当用一束强光照明小孔、圆屏、狭缝、细丝、刀口、直边等障碍物时，在足够远的屏幕上会出现一幅幅不同的衍射图样。在实验室中，过去用碳弧灯这类强点光源，而目前广泛采用氦氖激光器作光源来显示衍射现象，收到了良好的效果（图1）。衍射现象具有两个鲜明的特点：　　①光束在衍射屏上的某一方位受到限制，则远处屏幕上的衍射强度就沿该方向扩展开来。　　②若光孔线度越小，光束受限制得越厉害，则衍射范围越加弥漫。理论上表明光孔横向线度ρ与衍射发散角　　　Δθ之间存在反比关系　　ρΔθ≈λ。　　当光孔线度远远大

6、于光波长λ时，衍射效应很不明显，近似于直线传播。当光孔线度逐渐变小，衍射效应逐渐明显，在远处便出现亮暗分布的衍射图样。当光孔线度小到可以同光波长相比拟时  光的衍射课件，衍射效应极为明显，衍射范围弥漫整个视场，过渡为散射情形。　　惠更斯－菲涅耳原理是处理光的衍射的近似理论，惠更斯－菲涅耳原理可以表述为：波阵面∑上的每个面元d∑，可看成为一个新的振源（次波源），它们发出次波；波场中任意处P点的扰动是所有次波到达该点的次级扰动的相干叠加（图2）。　　如用复振幅（包括振幅和位相）描述波场，若一个次波到达场点的次级扰动为d堚(P)，则

7、场点的总扰动为　　式中次级扰动的振幅和位相由以下诸因素决定：　　──次波源的微分面积，  观察仪器──次波源本身的复振幅，　　──次波源发射球面波，　　──倾斜因子，说明次波面源的发射具有一定的方向性。具体形式　　60余年后，G.R.基尔霍夫从定态波场的亥姆霍兹方程出发，利用矢量场论中的格林公式，在kr1近似条件下，导出了无源空间边值定解的积分形式为式中各量的意义参见图3,并指明凡  光的衍射是隔离实际点光源与场点的任意闭合面∑都可以作为积分面（波阵面），它不一定是等相面。上式称为菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式，它与由朴素的物理

8、思想所构造的衍射积分相比较，两者的主体部分是相同的，只是前者明确地给出了倾斜因子和比例系数的具体形式。　　显然，惠更斯-菲涅耳原理的提出不是为了解决光的自由传播问题，而是为了求解光通过衍射屏以后的衍射场。为此，取波阵面为包括光孔面∑o、光屏面∑1和无穷远处的半球面∑2等三部分