波动光学之衍射课件.ppt

《波动光学之衍射课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、光的衍射第一部分内容1、光的衍射，惠更斯—菲涅耳原理。2、波带法，菲涅耳圆孔圆屏衍射衍射。第一部分要求1、了解光的衍射现象，阐明惠更斯—菲涅耳原理和物理思想和惠更斯—菲涅耳原理的积分表达式的意义。2、用半波带法，分析菲涅耳圆孔衍射，了解波带片的原理及应用。重点掌握菲涅耳衍射并用菲涅耳积分公式定量计算光强分布。§1光的衍射现象一、波的衍射1、波的衍射波动能绕过障碍物的边缘前进，即不沿直线传播，而向各个方向的绕射现象。2、光的衍射光偏离了直线传播而绕过了障碍物进入几何阴影，并引起屏上光强不均匀分布现象。衍射花

2、样：光强不均匀分布的图样10-3a*S衍射屏观察屏a小孔衍射*S衍射屏观察屏LL单缝衍射3、衍射出现的条件只有当障碍物的线度与波长能比拟时才出现衍射现象。当障碍物的线度远大于波长时，光才能看作是直线传播。二、惠更斯—菲涅耳原理1、惠更斯原理任何时刻波面上每一点均可视为一个新的波源，各自发出球面波，在经过一段时间t后新的波面就是原波面的各点发出次波的包络面惠更斯障碍物的小孔成为新的波源原波阵面新波阵面S2t时刻t+Dt时刻uDt2、惠更斯原理解释光的直线传播、折射、反射、衍射t+t时刻波面·平面

3、波····ut波传播方向t时刻波面球面波··············tt+t····a波的衍射当波在传播过程中遇到障碍物时，其传播方向绕过障碍物发生偏折的现象，称为波的衍射。波在窄缝的衍射效应波的反射和折射反射与折射也是波的特征，当波传播到两种介质的分界面时，波的一部分在界面返回，形成反射波，另一部分进入另一种介质形成折射波。in1n2CABDirr折射定律的推导3、惠更斯原理的不足波动过程有两个基本性质：扰动的互相关联性波动的时空周期性不能解释衍射中光强的分布没有涉及波动的时空周期性——波长、相位、

4、振幅等会出现实际不存在“倒退波”问题4、菲涅耳对惠更斯原理的改进（1）惠更斯—菲涅耳原理同一波面上的各点发出次波，传播在空间某一点相遇时，可相互叠加，产生干涉现象。··pdE(p)rQdSS思考:衍射的本质是什么?（2）定量描述s是等位面，其上各点发出的次波初相相同次波在P点的位相，由光程ds发出的次波在P点引起合振动振幅正比于ds的面积反比于r与θ有关决定倾斜因子沿原波传播方向的子波振幅最大子波不能向后传播S波面在P点引起的合振动传播方向的单位矢量惠更斯—菲涅耳原理可定量地描述波通过各种障碍物的衍射现

5、象dS波面在P点引起的振动菲涅耳衍射菲涅耳衍射是指当光源和观察屏，或两者之一离障碍物（衍射屏）的距离为有限远时，所发生的衍射现象。三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射观察屏光源·衍射屏1、菲涅耳衍射夫琅和费衍射夫琅和费衍射指光源和观察屏离障碍物的距离均为无限远时，所发生的衍射现象。*S·p衍射屏观察屏光源2、夫琅和费衍射§1菲涅耳半波带一、菲涅耳半波带是利用惠更斯—菲涅耳原理计算衍射的一种方法1、定义极点、作直线2、半波带特点证明：K个半波带的面积近似相等K个半波带的面积结果与k无关结论：对给定的P点，半波带的面

6、积与K无关，即所有的半波带的面积都近似相等。二、P点合成振动的振幅1、两的近似（1）同一半波带上各点到P点的距离相等（2）同一半波带上各点法线方向与的夹角相等由惠更斯—费涅耳原理可知各波带在P点的振幅P点的合成振动振幅2、在取一近似K为奇数时P点振幅加强K为偶数时P点振幅减弱三、菲涅耳半波带的作用在应用惠更斯—菲涅耳原理计算点光源发出的光波到某考察点P的光强时，只须相对于P点把波面分成若干个半波带，再把第一个半波带和最后一个半波的振幅半值相加或相减。菲涅耳衍射积分公式要求对波前作无限分割，可精确求解，但积

7、分计算困难；半波带法用较粗糙的有限分割，把积分化为有限项的代数和。§3菲涅耳衍射一、菲涅耳圆孔衍射（1）K为有限值P点光强K为奇数时P点的光强加强K为偶数P点的光强减弱当K不为整数时（2）相对于无遮或圆孔无限大P点的光强可视为光线沿直线传播P点的光强大小与孔的大小无关（3）K为不大的数时K为奇数K为偶数（4）K取决于圆孔的大小和P点的位置2、点光强的估计在屏上随着偏离P点，光强也作明暗变化，这些明暗相间变化具有旋转对称性，得到的是明暗相间的同心条纹。二、菲涅耳圆屏衍射1、的光强2、产生圆屏衍射的条件不论圆

8、屏的大小，位置如何发生变化，必须使k+1不是很大的有限值，才能有较明显的现象。圆屏衍射的结果：k+1为有限值时，圆屏的几何中心（P0）永远是亮点称为柏松亮点。圆屏如同会聚透镜一样有使光源成为实象的作用SS'三、菲涅耳波带片1、作用：对于确定的考察点P，只允许波面中的奇数半波带或偶数半波带通过，使P点的光强始终得到加强。P（1）P点的振幅同相比大了100倍(1)如同会聚透镜一样,使光源成为一个实象且有焦点===可以得到焦距波带片