第2章-光的衍射ppt课件.ppt

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1、第二章：光的衍射本章概述第二章光的衍射▲惠更斯—菲涅耳原理（§2-1—§2-3）提出光的衍射现象，惠更斯—菲涅耳原理，菲涅耳积分及菲涅耳半波带法。▲菲涅耳衍射（§2-4）菲涅耳圆孔衍射菲涅耳圆屏衍射（近场衍射）▲夫琅和费衍射（§2-6—§2-8）夫琅和费单缝衍射夫琅和费圆孔衍射平面衍射光栅（远场衍射）▲x射线的衍射（§2-9）▲附录计算方法和公式的推导。2-1光的衍射现象(DiffractionofLight)当一个波在传播中遇到障碍物时，会绕过去继续传播，如声音透过门缝，河里的水波穿过涵洞，这种不遵从直线传

2、播规律的绕射现象就是波的衍射。当障碍物的尺寸小到与波长可比拟时，衍射现象明显。光波长很短，因此光波的衍射在障碍物很小时才易于观察到。小孔的衍射现象波的衍射现象波的衍射衍射▲定义光在传播过程中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。不但光线拐弯，而且在屏上出现明暗相间的条纹。*S衍射屏观察屏a10-3a例1：圆孔衍射这是光具有波动性的重要表现。▲现象衍射屏观察屏LLS例2：单缝衍射光线同样拐弯，而且在屏上出现明暗相间的条纹。注意阴影中央的亮点（泊松点）

3、例3：刀片边缘的衍射例4：圆屏的衍射注意刀片狭缝的衍射花样衍射现象衍射现象针尖狭缝圆孔圆屏衍射屏(障碍物)入射光波衍射图样观察屏不同形状的障碍物产生的衍射图样1、菲涅耳（Fresnel）衍射（近场衍射）2、夫琅禾费（Fraunhofer）衍射（远场衍射）r0和R中至少有一个是有限值。r0和R皆为无限大（也可用透镜实现）。*SPr0RB光源障碍物观察屏▲衍射分类孔的投影菲涅耳衍射夫琅禾费衍射圆孔的衍射图样随r0的变化（R=∞）：r0很小r0增加r0→∞（光直线传播）r0→∞屏上图形：圆孔的衍射花样圆屏的衍射花样

4、几何光学2-2Huygens-Fresnel原理Huygens子波原理(Huygenswaveletprinciple)Huygens子波原理的内容（1678年）：1）光波波前上每一点可看成一个新的次级波源，发出子波；2）下一个时刻的波前为所有子波的共同包络面；3）波的传播方向在子波源与子波面和包络面的切点的连线方向上。球面波的传播球面波单缝衍射一、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。sss’s’r=vt成功

5、之处直线传播规律反射折射规律双折射现象较好的解释光的定性的解释光的干涉、衍射现象不足之处不能解释干涉衍射光的振幅变化不能解释衍射光强的重新分布惠更斯原理波面：位相相同的点的轨迹。vDtv子波构成的平面波波前vS(t)S(t+Dt)子波构成的球面波波前球面波的传播Huygens，Christiaan惠更斯，克里斯蒂昂(1629—95)伽利略时代和艾萨克·牛顿时代之间最伟大的科学家，他发明了第一具成功的摆钟(还有很多其他发明)，设计并改进了天文望远镜，提出了完整的光的波动说。惠更斯受到了当时最高标准的教育，164

6、5-1647年他在莱顿大学研读了数学和法学，然后到布雷达继续攻读法学两年。通过望远镜的观察，惠更斯对光的本质发生了兴趣，并创立了用波描述光的行为的完整理论。这一工作在1678年致法国科学院的信件中首次发表，其完整形式则于1690年发表在他的《论光》一书中。狭缝生成的子波和波前狭缝例：用Huygens原理作图证明折射定律前进波后退波Fresnel子波迭加原理(Huygenswaveletprinciple)Huygens原理不能解释空间中光波的强度分布，同时由于子波是球面波，因此按照Huygens原理会出现后退

7、波，与事实不符。Fresnel提出子波在空间中遵从线性迭加，并且是带权重的迭加，权重是子波波源到观察点的倾斜因子。衍射与干涉的关系：衍射是无限个子波的迭加干涉。在数学处理上---干涉有限个波的迭加：双光波、多光波；衍射无限个波的迭加。AugustinJeanFresnel菲涅耳(1788~1827)1815年，菲涅耳向科学院提交了关于光的衍射的第一份研究报告，这时他还不知道托马斯．扬关于衍射的论文。菲涅耳以光波干涉的思想补充了惠更斯原理，认为在各子波的包络面上，由于各子波的互相干涉而使合成波具有显著的强度，这

8、给予惠更斯原理以明确的物理意义。但同托马斯．杨所认为的衍射是由直射光束与边缘反射光束的干涉形成的看法相反，菲涅耳认为屏的边缘不会发生反射。阿拉戈热情地报告了这篇论文，并第一个改信了波动说。波前S上每个面元ds都可看成新的振动中心，它们发出次波，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。二、惠更斯—菲涅耳原理ds发出的各次波符合下列假设：1、S为等位面，设初相为零，即令φ0=02、ds发出的