辅导大学学习教学教案第2章光的衍射97,,,84.ppt

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1、第2章光的衍射§1光的衍射现象一、认识光的衍射现象手指缝眼皮缝都可观察衍射(试试看)门缝里看人一定是扁的吗？1‘光线’拐弯了！光的衍射现象2▲不只是光波的绕弯传播，能量也将重新分布，产生明暗相间的衍射条纹。▲光波在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进，这种偏离直线传播的现象称为衍射。▲缝较大时，光是直线传播的▲缝很小时，衍射现象明显阴影屏幕屏幕▲几种常见的光的衍射图样狭缝衍射3▲缝很小时，衍射现象明显屏幕▲几种常见的光的衍射图样狭缝衍射圆孔衍射菲涅尔圆孔衍射衍射屏观察屏*SLL4(1)菲涅耳衍

2、射近场衍射衍射屏观察屏S*二、衍射分类圆孔衍射菲涅尔圆孔衍射衍射屏观察屏*SLL光源—障碍物—接收屏距离为有限远(近场衍射)5(1)菲涅耳衍射近场衍射衍射屏观察屏S*二、衍射分类(2)夫琅和费衍射远场衍射S*光源—障碍物—接收屏距离为有限远(近场衍射)光源—障碍物—接收屏距离为无限远(远场衍射)6(2)夫琅和费衍射远场衍射S*光源—障碍物—接收屏距离为无限远(远场衍射)§2惠更斯－菲涅耳原理一、惠更斯原理惠更斯：光波阵面上每一点都可以看作新的子波源，以后任意时刻，这些子波的包迹就是该时刻的波阵面。——16

3、90年7§2惠更斯－菲涅耳原理惠更斯原理定性地解释光的“绕射”现象。一、惠更斯原理惠更斯：光波阵面上每一点都可以看作新的子波源，以后任意时刻，这些子波的包迹就是该时刻的波阵面。——1690年菲涅耳补充：从同一波阵面上各点发出的子波是相干波。——1818年解释不了光强分布！8二、惠更斯-菲涅耳原理波前S上每个面元dS都可以看作是新的振动中心，它们发出次波在空间某一点P的光振动是所有这些次波在该点的相干叠加。SdSnrr0PQ惠更斯原理定性地解释光的“绕射”现象。菲涅耳补充：从同一波阵面上各点发出的子波是相干波

4、。——1818年解释不了光强分布！说明：1)菲涅耳的改进目的：对衍射进行定量描述。2)基础：关于次波性质的四个假设9①∵波面是等相位面∴dS上发出的次波有相同的相位，令0=0;②∵次波是点光源，是球面波∴在P点引起的光振动振幅dE∝1/r③dS上包含的点光源约多，发出的次波在P点引起的光振动越强。∴dE∝dS④次波在P点的相位由光程决定=(2/)nr二、惠更斯-菲涅耳原理波前S上每个面元dS都可以看作是新的振动中心，它们发出次波在空间某一点P的光振动是所有这些次波在该点的相干叠加。SdSnrr0PQ

5、说明：1)菲涅耳的改进目的：对衍射进行定量描述。2)基础：关于次波性质的四个假设3)根据以上假设，面元dS在场点P产生的振动∝1/r∝K()∝dS处Q点的振动:A(Q)cos(t)dE∝dS10SdSnrr0PQ表达式：()()()dstkrrAKCdEwQq-=cos①∵波面是等相位面∴dS上发出的次波有相同的相位，令0=0;②∵次波是点光源，是球面波∴在P点引起的光振动振幅dE∝1/r③dS上包含的点光源约多，发出的次波在P点引起的光振动越强。∴dE∝dS④次波在P点的相位由光程决定=(2/

6、)nr3)根据以上假设，面元dS在场点P产生的振动∝1/r∝K()∝dS处Q点的振动:A(Q)cos(t)dE∝dS面S在P点的扰动的复振幅：复数形式11对于球面波或平面波，倾斜因子:它可以解释子波为什么不会向后退.一般积分较困难,故分成两类.处理方法▲菲涅耳半波带法—近场衍射，对称的孔、阑▲菲涅耳积分法—远场衍射，单缝、直边、矩孔SdSnrr0PQ表达式：()()()dstkrrAKCdEwQq-=cos面S在P点的扰动的复振幅：复数形式12§3菲涅耳半波带菲涅耳半波带法是惠更斯—菲涅耳原理的应用一种

7、简化方法。用较粗糙的分割来代替，使积分化为有限项的代数和。分半波带POSRB0r0r0+/2r0+2/2r0+3/22.半波带的作法波前S为球面,半径为Ｒ，点源O为中心，顶点B0与场点P的距离为r0以P为中心，分别以r0+/2,r0+2/2,r0+3/2,．．．为半径作球面，将波前分割成一系列的环形带OSRBKB4B1B0rkr4r0r1p13环形带的边缘点:B0，B1，B2,B3．．．到P的光程逐个相差半个波长，称为半波带3.合成振幅的计算(1)用a1，a2，a3…ak代表各半波带发出的次波

8、在P点产生的复振幅POSRB0r0r0+/2r0+2/2r0+3/2B1B2B3以P为中心，分别以r0+/2,r0+2/2,r0+3/2,．．．为半径作球面，将波前分割成一系列的环形带相邻半波带到P光程相差/2它们贡献的复振幅位相相差π，即a1=a10exp(i1)a2=a20exp[i(1+π)]a3=a30exp[i(1+2π)]14(2)k个半波带发出的次波,在P点的合