光的衍射-衍射课件

第四章光的衍射

DiffractionofOpticalWave

主要内容

§4.1标量衍射理论基础（§4.1.5）§4.2衍射和傅里叶变换（§4.2.2/§4.2.3）§4.3单孔的夫琅和费衍射（§4.3.5-2,3,4）§4.4衍射光栅（§4.4.2/§4.4.3/§4.4.4-1,2,4/§4.4.5）§4.5菲涅耳衍射（§4.5.3）§4.1标量衍射理论4.1.1衍射问题概述1.衍射现象水波的衍射现象.无线电波和声波的衍射现象.光波的衍射现象.OceanwavespassingthroughslitsinTelAviv,IsraelDiffractionoccursforallwaves,whateverthephenomenon.RadiowavesandAudiowaves

diffractaroundmountains.Whenthewavelengthiskmlong,amountainpeakisaverysharpedge!Anothereffectthatoccursisscattering,sodiffraction’sroleisnotobvious.

(a)He-Ne激光束照射手持小球的衍射

(b)电子束照射硫化锌晶体的衍射

窗纱对路灯的衍射手指缝眼皮缝都可观察衍射(试试看)泊松点孔雀羽毛的黄、褐、绿、蓝四色形成“眼”。右下图为绿色区域的羽支横截面上的纳米尺度周期结构的显微照片，图中左上白色三角形为羽支中心部分。（复旦大学资剑教授提供）蝴蝶翅膀上的周期衍射结构

衍射的定义◆衍射定义(1)：

“广义来说，凡是不能用反射折射予以解释的光偏离直线传播的现象.”◆

衍射定义(2)：

“光波在传播过程中，由于受到限制（即空间调制）时所发生的偏离直线传播规律的现象”◆上述定义表明，衍射是光传播过程中的普遍现象。

◆衍射与干涉的联系与区别？

衍射是有条件的吗？光源衍射物观察屏衍射花样图1

衍射包含三个基本要素

光源，衍射物体和衍射图形衍射问题研究的历史回顾17世纪50年代,意大利学者格里马第(F.M.Grimaldi,1618-1663)首次注意到衍射现象。他发现光经过细棒等物体时，偏离了直线传播规律，在物体阴影边界附近形成了亮暗交替或彩色的条纹。

衍射对波动学说确立有何意义？ChristiaanHuygens

(1629-1695)Huygensextendedthewavetheoryofoptics.Herealizedthatlightsloweddownonenteringdensemedia.Heexplainedpolarizationanddoublerefraction.

（1690） Huygens‘principlesaysthatawavepropagatesasif

thewave-frontwerecomposedofanar-rayofpointsourceseachemittingasphericalwave.DoublerefractionThomasYoung(1773-1829)1.在1801年首先发现光的干涉现象,解释了薄膜的颜色.2.用干涉原理正确解释了阴影界面附近衍射条纹的成因,认为是透射光波和边界波之间的干涉3.首次测量了光波的波长.AugustinFresnel(1788-1827)1.didexperimentstoestablishthewavetheoryandderivedexpressionsforreflectedandtransmittedwaves.

2.In1818,Huygens-FresnelprincipleAugustinFresnel

麦克斯韦MaxwellJamesClerk(1831～1879)

1873年,麦克斯韦在”电磁学”一书中提出了著名的麦克斯韦电磁理论,

预言：电场和磁场相互作用的结果,可以向空间辐射,形成电磁波；

光波是电磁波的一个波段。

应用麦克斯韦方程组，基尔霍夫终于在1882年导出了计算衍射问题的基尔霍夫衍射积分公式。§4.1.2

惠更斯-菲涅耳原理

根据惠-菲原理建立的衍射公式

平面波正入射照明和任意照明的情形4.1.3基尔霍夫衍射积分公式(1882年）

何谓标量衍射理论？3．基尔霍夫公式的化简和推广

与菲涅耳公式比较4.1.4菲涅耳衍射和夫琅和费衍射

平面屏幕衍射模型1.菲涅耳近似和菲涅耳衍射2.夫琅和费近似和夫琅和费衍射

衍射范围的划分

衍射区的划分S远场区近场区Fresnel区直线投影区P1P2P3ZFraunhofer区第一讲作业

4.1.5一维孔径的衍射（不讲）

2.一维孔径的夫琅和费衍射

最初，将“衍射”翻译为“绕射”，有何不妥？隔着大山可以听到中波段广播，而电视信号却很容易被山挡住，这是什么原因？观看远处的灯，有时会看到周围放射状光芒。有人说是瞳孔的衍射，因为瞳孔是多边形的。你认为这样解释对吗？“隔着门缝看人－把人看扁了”从波动光学角度分析，这句歇后语有道理吗？思

考题1.为什么说衍射现象是光的波动性的必然结果？2.试分析光的干涉和光的衍射之间的共同性和差异性。3.从基尔霍夫公式(4-7)出发,导出菲涅耳衍射公式(4-16)和夫琅和费衍射公式(4-20)。4.从波动光学