光学教学课件：chapt4-1_Huygens-Fresnel principle

1、1第四章 光的衍射(Diffraction of Light) 24-1 光的衍射现象 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 种不遵从直线传播规律的绕射现象就是波的衍射。 当障碍物尺寸小到与波长可比拟时，衍射现象明显。 水波的衍射3 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，光的衍射在障碍物很小时才易于观察到。 几何光学 小孔的衍射4图示：圆孔的衍射花样 图示：圆屏的衍射花样 54-2 衍射的分类 一般情况下，为数学和物理处理上的方便，按照光源和观察屏到衍射物的距离不同，将衍射分为两类: Fresnel 衍射和Fruan

2、hofer 衍射。 d1d26平行光照射衍射物时，当观察屏到衍射物的距离改变时，观察屏上的衍射花样发生变化： d入射光d 0 时: 狭缝观察屏d 有限大时: 带条纹的投影像 （近场衍射像） d 时: 条纹像 （远场衍射像） xy投影像（几何像） Y方向强度分布7 当光源及观察屏到衍射物的距离为有限远时 当光源及观察屏到衍射物的距离为无限远时 在物理上, 近场衍射和远场衍射的划分： 在衍射物的范围内，入射波和出射波的波面可近似为平面时，为Fraunhofer 衍射，否则为Fresnel 衍射 近场衍射(near-field diffraction)-Fresnel 衍射 远场衍射(far-fie

3、ld diffraction) -Fraunhofer 衍射 8缝 光源、屏与缝相距有限远Fraunhofer 衍射光源、屏与缝相距无限远缝PSSPFraunhofer 衍射的实现SFresnel 衍射9时，Fraunhofer 衍射 Fresnel 衍射近似的定量判据： 严格条件下 d1、d2 时，Fraunhofer 衍射。例如，平行光照明衍射物，衍射物后凸透镜的后焦面上观察Fraunhofer 衍射否则104-3 Huygens-Fresnel 原理 4-3-1Huygens 子波原理(Huygens wavelet principle) Huygens子波原理的内容（1678年） ：

4、1）光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 - 沿子波源与子波面和包络面的切点的连线方向11vDtv平面波的传播vS(t)S(t+Dt )球面波的传播12图示：狭缝生成的子波和波前 狭缝13例：用Huygens原理作图证明折射定律 q1n1n2q2ABq1q2t 时刻的波前ABAB演变为波前AB经过Dt 时间后，子波14前进波后退波154-3-2Fresnel 子波迭加原理(Huygens wavelet principle) Huygens 原理不能解释空间中光波的强度分布，并且按照Huygens 原理会出现后退波，与事实不符。 Fresnel提出子波的叠加原理：所有子波在空间中线性叠加，各子波贡献的大小用权重因子表示。 衍射与干涉的关系：衍射是无限个子波的叠加干涉。 在数学处理上- 干涉 有限个波的叠加：双光波、多光波； 衍射 无限个波的叠加。 子波干涉16Huygens-Fresnel 原理： 光波波前上每一点可看成一个新的次级波源，