惠更斯-菲涅耳原理课件

1、同学(tng xu)们好！第一页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理波的叠加原理干涉现象惠更斯-菲涅耳原理衍射现象二者关系？一. 衍射(ynsh)现象光偏离直线传播路径进入(jnr)几何阴影区，并形成光强非均匀稳定分布。波遇到障碍物时，绕过障碍物进入几何阴影区。14.3 惠更斯-菲涅耳原理(yunl)第二页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理第三页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理二.惠更斯-菲涅耳原理(yunl)成功：可解释衍射(ynsh)成因，用几何法作出新的波面，推导反射、折射定律不足(bz)：不能定量说明衍射波的强度分布1、惠更斯原理 波面上的每一点均为发射子波的波源，这些子波的包络面即新的波阵

2、面障碍物入射波衍射波第四页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理球 面 波平 面 波 介质中波动传播到的各点都可以看作(kn zu)是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前.惠更斯原理(yunl)O第五页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理2、菲涅耳原理(yunl) 对子波的振幅和相位作了定量描述 波面上各面元子波源rPSdSn第六页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理 空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果合振动：衍射本质：子波的相干叠加有限个分立相干波叠加 干涉无限多个连续分布子波源相干叠加 衍射倾斜因子：子波：第七页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理三. 衍射(ynsh)分

3、类菲涅耳衍射（近场衍射）：夫琅和费衍射（远场衍射）:波源 障碍物 屏无限远无限远即平行光衍射信息光学（现代光学分支）（或二者之一有限远）波源 障碍物 屏距离有限距离有限第八页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理菲涅尔衍射(ynsh)和夫琅禾费衍射(ynsh)夫 琅 禾 费 衍 射光源、屏与缝相距无限远缝在实验中实现夫琅禾费衍射菲 涅 尔 衍 射缝 光源、屏与缝相距有限远第九页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理光的夫琅和费衍射(ynsh)一. 单缝夫琅和费衍射(ynsh)1. 装置(zhungzh)：缝宽a: 其上每一点均为子波源，发出衍射光衍射光线与波面法线夹角小录象第十页，共三十六页。惠更斯-菲涅

4、耳原理中央明纹中心P处光强可由菲涅耳公式计算介绍确定(qudng)P光强的两种简便方法第十一页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理2. 菲涅耳波带法（半定量(dngling)方法）对应的单缝a被分为n个半波带.A2A12.A3.CABaxfPA4第十二页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理对应中央明纹中心n为偶数：两两相消，屏上相聚点为暗纹n为奇数:剩下一个半波带中的衍射光线未被抵消对应的屏上相聚点为明纹中心对应非明、暗纹中心的其余位置.A2A12.A3.CABaxfPA4第十三页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理Isin0*明暗纹条件：中央明纹中心各级明纹中心暗纹注意：第十四页，共三十六页。惠更斯-菲

5、涅耳原理二者明暗纹条件是否相互矛盾?maxa讨论： 双缝干涉中明暗单缝衍射中明暗第十五页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理中央明纹一级明纹二级明纹一级暗纹二级暗纹三级暗纹 单缝衍射明暗(mn n)纹条件中k值为什么不能取零？暗纹公式中为中央明纹中心，不是暗纹明纹公式中仍在中央明纹区内不是明纹中心第十六页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理 计算衍射条纹(tio wn)角宽度中央明纹中心暗纹明纹中央明纹其余明纹第十七页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理 计算衍射条纹(tio wn)线宽度中央明纹其余明纹第十八页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理 条纹亮度(lingd)分布是否均匀，为什么？中央明纹集中大部

6、分能量，明条纹级次越高亮度越弱。I屏幕中央明纹中心:全部光线干涉相长一级明纹中心:二级明纹中心:由菲涅尔波带法：第十九页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理衍射显著光强太弱衍射不明显直线传播白光照射，中央白色，其余明纹形成内紫外红光谱，高级次重叠浸入液体中、条纹变密第二十页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理 单缝宽度(kund)变化，中央明纹宽度(kund)如何变化？第二十一页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理越大， 越大，衍射效应越明显. 入射波长变化(binhu)，衍射效应如何变化(binhu) ?第二十二页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理第二十三页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理单缝衍射的动态变

7、化 单缝上下移动，根据(gnj)透镜成像原理衍射图不变 .单缝上移，零级(ln j)明纹仍在透镜光轴上.第二十四页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理若是平行光非垂直入射，得出光程(un chn)差公式和明暗纹条件aa中央明纹中心暗明第二十五页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理3.振幅矢量(shling)叠加法（定量）每条光线在屏上引起光振动振幅相等将a划分为N个等宽的狭窄波带，设每个波带内能量集中于图中所示光线两相邻光线相位差两相邻光线光程差第二十六页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理(见教材 )用多边形法则进行N个大小相等、两两依次相差为 的光振动的叠加第二十七页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理令

8、即中央明纹中心处振幅中央明纹光强则第二十八页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理明纹：暗纹：请与半波(bn b)带法比较第二十九页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理2.条纹(tio wn)：明暗(mn n)相间同心圆环中央(zhngyng)亮纹：爱里斑二、圆孔夫琅和费衍射集中大部分能量角宽度为其余明纹2倍半角宽度：S*1. 装置：第三十页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理 瑞利准则：第一个象的爱里斑边沿与第二个象的爱里斑中心重合 恰能分辨爱里斑3、 光学仪器分辨率物镜(wjng) 圆孔物点的象 衍射图样 第三十一页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理第三十二页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理光学(gung

9、xu)显微镜 0.2 m电子显微镜 扫描遂道显微镜最小分辨角： 光学仪器分辨率提高分辨率途径小录象第三十三页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理声纳起水下雷达的作用，现有一潜水艇停在水下100m处，艇上声纳喇叭(l b)向前发射声波，习惯上以第一级衍射极小对应的张角为波的覆盖范围。现设潜水艇前上方海面有一敌舰，二者相距1000m，请你为潜水艇声纳设计一个喇叭，给出形状和尺寸，使该声纳使用=10cm声纳时，信号在水平方向覆盖范围张角为60度，同时不让敌舰收到信号。练习：第三十四页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理解：竖直方向水平方向喇叭(l b)为矩形： 高 100 cm, 宽 20 cm 第三十五页，共三十六页。惠更斯-菲涅耳原理内容(nirng)总结同学们好。波遇到障碍物时，绕过障碍物进入(jnr)几何阴影区。成功：可解释衍射成因，用几何法作出新的波面，推导反射、折射定律。波面上的每一点均为发射子波的波源