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大学物理 第四节光的衍射 波的叠加原理 干涉现象 二者关系? 惠更斯-菲涅耳原理 衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 1.衍射现象 波遇到障碍物时,绕过障碍 物进入几何阴影区 光偏离直线传播路径进入几 何阴影区,并形成光强非均匀 稳定分布。 第2页共28页
大学物理 第2页 共28页 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？ 光偏离直线传播路径进入几 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。 一、惠更斯-菲涅耳原理 1. 衍射现象 第四节 光的衍射
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士些理 2.惠更斯一菲涅耳原理 (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 络面即新的波阵面。 入射波 衍射波 障碍物 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。 不足:不能定量说明衍射场的强度分布 第4页共28页
大学物理 第4页 共28页 2.惠更斯-菲涅耳原理 (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 络面即新的波阵面。 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。 不足：不能定量说明衍射场的强度分布 障碍物 入射波 衍射波
大学物理 (2)菲涅耳原理 ①对子波的振幅和相位作了定量描述 波面上各面元—子波源 P 各子波初相相同a n 子波在P点相位:+90=2T 子波在P点振幅 A∞-;A-(1+ cos O)ds 第5页共28页
大学物理 第5页 共28页 (2) 菲涅耳原理 对子波的振幅和相位作了定量描述 波面上各面元 —— 子波源 r P S dS n 0 各子波初相相同: 子波在P点相位: r t + 0 − 2 π 子波在P点振幅: A (1 cos )dS 2 1 ; + 1 r A
(O=0)大学物理 倾斜因子:f0)=(+csa)=12(0=my2) 波面上各面元—子波源 0 (6=π) 子波:dv=(1+cosO)·cos(t+00-2兀)dS 2r ②空间任一点P的振动为所有子 波在该点引起振动相干叠加的结果 合振动:v=」dv 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 第6页共28页
大学物理 第6页 共28页 空间任一点P的振动为所有子 波在该点引起振动相干叠加的结果 合振动： = d 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 子波： S r t r c (1 cos ) cos( 2 π ) d 2 d 0 = + + − 倾斜因子： = (1+ cos ) = 2 1 f ( ) 1 ( = 0) 1 2 ( = π 2) 0 ( = π) 波面上各面元 —— 子波源 r P S dS n
大学物理 3衍射分类 菲涅耳衍射近场衍射) 有限距离 波源 障约有限距离 屏 (或二者之一有限远) 夫琅和费衍射(远场衍射): !波源 障碍物 无限远 无限远屏 2 即平行光衍射 信息光学(现代光学分支) 第7页共28页
大学物理 第7页 共28页 3. 衍射分类 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 信息光学(现代光学分支) （或二者之一有限远） 波源 ———— 障碍物 ———— 屏 有限 距离 有限 距离 即平行光衍射 L1 L2
大学物理 二、单缝和圆孔的夫琅和费衍射 1.单缝夫琅和费衍射 (1)装置: 屏幕 光源 透镜L1单缝透镜L2 屏 缝宽a:其上每一点均为子波源,发出衍射光 行射角g:衍射光线与波面法线夹角 第8页共28页
大学物理 第8页 共28页 二、单缝和圆孔的夫琅和费衍射 1. 单缝夫琅和费衍射 屏幕 I 衍射角： 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 (1) 装置: S 透镜L1 透镜L2 a 单缝 光源 屏 f1 f2
大学物理 透镜L1 透镜L2 光源 P4=0屏置于L2的 S 040焦平面上 单缝 屏 q=0衍射光线汇集2焦点O A=0·中央明纹中心 卯≠0衍射光线汇集2焦平面上某点 4≠0P处光强可由菲涅耳公式计算 介绍确定P光强的两种简便方法 第9页共28页
大学物理 第9页 共28页 焦平面上 屏置于L2 的 S 透镜L1 透镜L2 a 单缝 光源 屏 f1 f2 P 0 O =0 x 0 衍射光线汇集于L2 焦平面上某点P Δ 0 P处光强可由菲涅耳公式计算 介绍确定P光强的两种简便方法 = 0 衍射光线汇集于L2 焦点O Δ = 0 中央明纹中心
大学物理 (2)菲涅耳波带法(半定量方法) 衍射角为的一束平行 光线的最大光程差: 4=AC=asin A A 用去分4,设1=n 2 B 对应的单缝a被分为 n个半波带 第10页共28页
大学物理 第10页共28页 (2) 菲涅耳波带法(半定量方法) 2 2 用 去 分Δ， 设Δ = n 对应的单缝a被分为 n个半波带 光线的最大光程差： 衍射角为的一束平行 Δ = AC = a sin B a x f P A . .C . A1 . . . . . . A3 A2