《光学教程》姚启钧原著-第二章ppt课件.ppt

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1、现代光学基础第二章光的衍射DiffractionofLight1Contents（Diffractionoflight）§2.1惠更斯—菲涅耳原理§2.2菲涅耳半波带菲涅耳衍射（圆孔和圆屏）§2.3夫琅和费单缝衍射§2.4夫琅和费圆孔衍射§2.5夫琅和费多缝衍射§2.7X射线的衍射§2.6平面衍射光栅2??§2.1惠更斯—菲涅耳原理阴影屏幕直线传播一、光的衍射现象3§2.1惠更斯—菲涅耳原理4▲定义:光绕过障碍物的边缘偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象叫光的衍射。▲条件：当障碍物的尺寸小到与波长可比拟时，衍射现象才明显。

2、§2.1惠更斯—菲涅耳原理5衍射现象圆孔圆屏狭缝针尖衍射屏(障碍物)入射光波衍射图样观察屏6二、惠更斯原理：§2.1惠更斯—菲涅耳原理1.成功之处直线传播规律反射折射规律双折射现象任何时刻波面上每一点都可以作为次波的波源，各自发出球面次波；在其后任何时刻，所有次波波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面。7不能解释干涉现象2.不足之处不能解释衍射现象§2.1惠更斯—菲涅耳原理8Q处面元ds处发出的子波对P点的贡献为dE(P),正比于：Q处面元大小dsQ处的光场振幅分布函数A(Q)Q处发出的子波到达P点的光振幅倾斜因子三、惠更斯－菲涅耳原理§2.1惠更

3、斯—菲涅耳原理波阵面Prsdnqs9或§2.1惠更斯—菲涅耳原理菲涅耳衍射积分波阵面Prsdnqs10波动理论,S为球面波时,·pdE(p)rQdSS(波面)n·§2.1惠更斯—菲涅耳原理11四.衍射现象的分类：1、菲涅耳衍射(Fresneldiffraction):近场衍射(near-fielddiffraction)当光源或观察屏到衍射物的距离为有限远时§2.1惠更斯—菲涅耳原理衍射物观察屏衍射物观察屏衍射物观察屏122、夫琅禾费衍射(Fraunhoferdiffraction):§2.1惠更斯—菲涅耳原理当光源及观察屏到衍射物的距离为无限远

4、时远场衍射(far-fielddiffraction)衍射物13§2.2菲涅耳半波带菲涅耳衍射第二章14一.菲涅耳半波带§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射15每个半波带对P点贡献为：E1,E2,E3,…Ek…衍射积分各个波带的贡献的和§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射16将上列两式分别微分rk§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射17k个半波带：随k的增大而变小§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射18(a)k=奇数时(a)k=偶数时§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射19二、菲涅耳圆孔衍射特点▲1.对P点若S恰好分成K个半波带：偶数最大奇数最小▲2.对P点若S中含有

5、不完整的半波带：光强介于最大/最小间▲3.若不用光阑（Rhk→∞）：§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射20·OB0P到最后的半波带（a∞→0）圆屏的面积↓，ak+1↑，到达P点的光愈强。圆屏几何影子的中心永远有光（泊松点）三、圆屏衍射P点的振幅：§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射21三、菲涅耳半波带方程hRhkR→∞§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射22四、菲涅耳半波带应用－波带片§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射23自由空间传播时的n=20的波带板：波带片具有类似凸透镜对光的会聚作用P点相当于透镜的焦点§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射24和薄透镜的物象公

6、式完全相似。r0rRhkP§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射25§2.2菲涅耳半波带－菲涅耳衍射波带片与普遍透镜比较优点：（1）长焦距的波带片比普遍透镜易制作，（2）可将点光源成象为+字亮线（3）面积大，轻便，可折叠。缺点：（1）与有关，色差很大。（2）除外，尚有多个焦距的存在。26五、直线传播和衍射的关系1、波面完全不遮蔽，所有次波叠加结果为直线传播；2、波面部分遮蔽时，叠加时由于少了部分次波的参加，发生衍射。3、衍射现象是光的波动性最基本的表现，光的直线传播为衍射现象的极限。4、衍射花样的显著与否，与障碍物的线度及观察距离有关。§2.2菲涅耳半波

7、带－菲涅耳衍射27§2.3夫琅禾费单缝衍射第二章28sPL1b2Lf1f2夫琅禾费单缝衍射DiffractionbySingleSlit§2.3夫琅禾费单缝衍射一.实验装置：29§2.3夫琅禾费单缝衍射30§2.3夫琅禾费单缝衍射1、M点上次波振动dx2、N点次波的振动3、P点的振动二、强度的计算31··§2.3夫琅禾费单缝衍射4、狭缝上所有次波在P的叠加32三、衍射花样的强度分布§2.3夫琅禾费单缝衍射（1）单缝衍射中央最大位置33（2）单缝衍射最小值的位置此时，=0屏上这些点是暗的。§2.3夫琅禾费单缝衍射（3）单缝衍射次最大的位置由决定。作交

8、点为解34u02--2yy=tguy=u-2.46·-1.43·+1.43··+2.460·§2.3夫琅禾