衍射原理ppt课件

1、光的衍射1；.本章内容Contentschapter 2惠更斯惠更斯 - - 菲涅耳原理菲涅耳原理Huygens-Fresnel principle单缝的夫琅禾费衍射和矩孔衍射单缝的夫琅禾费衍射和矩孔衍射Fraunhofer diffrraction at rectangular aperture and the slit夫琅禾费圆孔、圆环和多边形孔衍射夫琅禾费圆孔、圆环和多边形孔衍射Franhofer diffraction at various form apertures光栅衍射光栅衍射grating diffraction 2；.衍射：波在传播过程中遇到障碍物偏离几何路衍射：波在传播过

2、程中遇到障碍物偏离几何路 径传播（进入几何阴影区）的现象径传播（进入几何阴影区）的现象光源光源衍射物衍射物 a观察屏观察屏衍射花样衍射花样图图11 光的衍射光的衍射 凡是不能用反射折射予以解释的光偏离直线传播的现象凡是不能用反射折射予以解释的光偏离直线传播的现象一一.3；. 一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是：障碍物或孔的尺寸跟波长差不多明显衍射的条件是：障碍物或孔的尺寸跟波长差不多机械波的衍射一般比较明显，机械波的衍射一般比较明显， 如：声波的衍射如：声波的衍射 （隔墙有耳）（隔墙有耳） 声波的波长

3、声波的波长 （）：1717m-1.7cm m-1.7cm 光波的衍射一般不明显，（光波的衍射一般不明显，（ ：0.70.7 m 0.4m 0.4 mm) ) 故此时可粗略地认为：光是沿直线传播的故此时可粗略地认为：光是沿直线传播的4；.缝较大时，缝较大时，光是直线传播的光是直线传播的缝很小时，缝很小时，衍射现象明显衍射现象明显阴阴影影屏幕屏幕屏幕屏幕5；.衍射屏衍射屏( (障碍物障碍物) )6；.7；.8；.1.1.衍射与干涉一般是同时存在的衍射与干涉一般是同时存在的共同本质共同本质 形式上区别形式上区别2.2.衍射是一切波动固有的特性衍射是一切波动固有的特性障碍物限度与障碍物限度与 的比的比

4、3.3.引起衍射的障碍物分引起衍射的障碍物分振幅型振幅型孔孔 缝缝位相型位相型光学厚度光学厚度nh不均匀的玻璃板不均匀的玻璃板只要以某种方式使波前或位相发生变化只要以某种方式使波前或位相发生变化引入空间引入空间不均匀性不均匀性, ,这种不均匀性的特征限度与这种不均匀性的特征限度与 在一定范围在一定范围4.4.若若 / /a趋于零趋于零衍射现象消失衍射现象消失几何光学是几何光学是 / /a趋于零趋于零 的极限情况的极限情况9；. 惠更斯原理：在波的传播过程中，波阵面（波惠更斯原理：在波的传播过程中，波阵面（波面）（相位相同的点构成的面）上的每一点都可看面）（相位相同的点构成的面）上的每一点都可看

5、作是发射子波（次波）的波源，在其后的任一时刻，作是发射子波（次波）的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包迹就成为新的波阵面。这些子波的包迹就成为新的波阵面。平面波平面波t+ t时刻波面时刻波面u t波传播方向波传播方向t 时刻波面时刻波面球面波球面波 tt + t10；. 波波 的的 衍衍 射射 水波的衍射水波的衍射 惠更斯原理可定性地说明衍射现象，但不能解释光的衍射图样中光强的分布。也就惠更斯原理可定性地说明衍射现象，但不能解释光的衍射图样中光强的分布。也就是是波的传播过程，可以看作是次波中心次波中心不断地衍生衍生出新的次波次波的过程11；.1) ) 波传到的任意点都是次波的中心波传到的任意

6、点都是次波的中心2) ) 包围光源的任一波前上各次波在空间各点包围光源的任一波前上各次波在空间各点 进行相干叠加进行相干叠加 概括为：概括为： 波面上各点均是相干次波源波面上各点均是相干次波源 惠菲原理提供了用干涉解释衍射的基础惠菲原理提供了用干涉解释衍射的基础 菲涅耳发展了惠更斯原理菲涅耳发展了惠更斯原理 从而深入认识了衍射现象从而深入认识了衍射现象惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理12；.从同一波阵面上各点所发出的子波，经传播而在空间某点相遇时，也可相互叠加产生从同一波阵面上各点所发出的子波，经传播而在空间某点相遇时，也可相互叠加产生干涉现象。干涉现象。若取若取时刻波阵面上各时刻波阵面上各的

7、子波初相为零，的子波初相为零，在在P 点引起的点引起的t = 0d SrCEd()tcos2=Kd S()r点发出点发出则面元则面元光振动为：光振动为：dEd SrP.S( )dd cos()KESkrtrn13；.CEdr()tcos2=Kd S()rC比例常数。比例常数。倾斜因子。倾斜因子。()K当当()K 所以，惠更斯所以，惠更斯什么不向后传的问题，这是惠更斯原理所无什么不向后传的问题，这是惠更斯原理所无法解释的。法解释的。菲涅耳原理解释了波为菲涅耳原理解释了波为14；.CEdr()tcos2=Kd S()rP点的光振动（惠更斯原理的数学表达）为：点的光振动（惠更斯原理的数学表达）为：S

8、tkrSrQAKCEde)()()( i( )2( )( )cos()dSA QE pCKtSr)(*)(2PEEEPIP点光强：点光强：15；.菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式 基尔霍夫对菲涅耳的积分公式作基尔霍夫对菲涅耳的积分公式作了严格的数学论证，得到以下结了严格的数学论证，得到以下结论：论：（1 1）确定了积分常数和倾斜因）确定了积分常数和倾斜因子的表达式子的表达式/2iieC )cos(cos21)(0K0nPQdrR)(PUd/201( )( )(coscos )ds2iikreeE pAr16；.衍射的分类衍射的分类远场衍射远场衍射(2) (2) 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射光源光源S S、衍射屏、衍射屏R R、观察屏、观察屏P,P,只要有两者为有限远只要有两者为有限远(1) (1) 菲涅耳衍射菲涅耳衍射 *S衍射屏衍射屏R观察屏观察屏Pa 10 - 3 a *S衍射