光的衍射现象惠菲原理课件.ppt

1、缝较大时，光是直线传播的。缝较大时，光是直线传播的。缝很小时，衍射现象明显。缝很小时，衍射现象明显。波在传播过程中，遇到障碍物将绕过波在传播过程中，遇到障碍物将绕过障碍物而偏离直线传播。障碍物而偏离直线传播。光也有衍射现象。光也有衍射现象。只有只有当障碍物的尺寸与波长相当时当障碍物的尺寸与波长相当时，衍射现象，衍射现象才比较明显。才比较明显。阴阴影影一、光的衍射现象一、光的衍射现象手指缝手指缝 眼皮缝都可观察衍射眼皮缝都可观察衍射(试试看试试看)泊松点泊松点平面波平面波t+t+t t时刻波面时刻波面u u t t波传播方向波传播方向球面波球面波t+t+t t二、惠更斯原理内容二、惠更斯原理内容

2、 介质中任一波阵面上的各点，介质中任一波阵面上的各点，都是发射子波的新都是发射子波的新波源，其后任意时刻，这些子波的包络面就是新的波波源，其后任意时刻，这些子波的包络面就是新的波阵面。阵面。根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，就可以确定下一时刻的波阵面。就可以确定下一时刻的波阵面。t t 时刻波面时刻波面 波在传播过程中，遇到障碍物波在传播过程中，遇到障碍物时其传播方向发生改变，绕过障碍时其传播方向发生改变，绕过障碍物的边缘继续传播的现象。物的边缘继续传播的现象。利用惠更斯原理可解释波的衍射、反射和折射等现象。利用惠更斯原理可解释波的衍射、反射和

3、折射等现象。1.1.波的衍射波的衍射 波达到狭缝处，缝上各点都可看波达到狭缝处，缝上各点都可看 作子波源，作出子波包络，得到新的作子波源，作出子波包络，得到新的 波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。衍射现象是波动特征之一。衍射现象是波动特征之一。水波通过狭缝后的衍射图象。水波通过狭缝后的衍射图象。当波传播到两种介质的分界当波传播到两种介质的分界面时，一部分反射形成反射波，面时，一部分反射形成反射波，另一部分进入介质形成折射波。另一部分进入介质形成折射波。iir.入射线

4、、反射线和界面的法入射线、反射线和界面的法线在同一平面上；线在同一平面上；ii.反射角等于入射角。反射角等于入射角。.入射线、折射线和界面的法线在同一平面上；入射线、折射线和界面的法线在同一平面上；.21sinsinuuri2112nn1u1n2n2u1221nucn 2.2.波的反射与折射波的反射与折射 1815年，年，根据波的叠加和干涉原理，根据波的叠加和干涉原理，在在的的子波假设子波假设基础上，提出了基础上，提出了子波相干子波相干叠加叠加的思想，从而建立了反映光的衍射规律的的思想，从而建立了反映光的衍射规律的惠更斯菲涅耳原理：惠更斯菲涅耳原理：三、惠更斯三、惠更斯 菲涅尔原理菲涅尔原理从

5、同一波阵面上各点所发出的从同一波阵面上各点所发出的子波是相干子波是相干的。波阵面前方空间某点的光振动，就是这些的。波阵面前方空间某点的光振动，就是这些子波到达该点相干叠加的结果。子波到达该点相干叠加的结果。提出的提出的概念，可解决波的概念，可解决波的传播方向传播方向的问题。的问题。提出提出的概念，可解决的概念，可解决能量分布能量分布问题。问题。SdS：波阵面上面元：波阵面上面元 （子波波源）（子波波源）子波在子波在 点引起的振动振幅点引起的振动振幅 并与并与 有关。有关。dsrP：时刻波阵面时刻波阵面 tS*P惠更斯惠更斯 菲涅尔原理的数学表达式菲涅尔原理的数学表达式dSredSrTtrKCd

6、E)(2cos)()cos()2KtrdECdSrT C 比例常数比例常数K()倾斜因子倾斜因子 惠更斯惠更斯 菲涅耳原理解释了菲涅耳原理解释了波为什么不向波为什么不向后传后传的问题，这是惠更斯原理所无法解释的。的问题，这是惠更斯原理所无法解释的。P 点的光振动点的光振动（惠惠 菲原理菲原理的数学表达式）的数学表达式）为：为：dSrTtrKCdEE)(cos)(2()(),()0002KKKdE 最最大大 根据这一原理，原则上可计算任意形状根据这一原理，原则上可计算任意形状孔径的衍射问题。孔径的衍射问题。dSrTtrKCdEE)(2cos)(为了避免复杂的积分运算，为了避免复杂的积分运算，实际

7、中常用实际中常用半波带法半波带法和和振幅矢量法等。振幅矢量法等。SdS：波阵面上面元：波阵面上面元 (子波波源子波波源)：时刻波阵面时刻波阵面 tS*PdSre 光源或接收屏距离光源或接收屏距离衍射屏为有限远衍射屏为有限远-菲涅耳衍射均满足菲涅耳衍射均满足傍轴近似傍轴近似 光源或接收屏距光源或接收屏距离衍射屏都相当于离衍射屏都相当于无限远无限远衍射物上衍射物上的入射波和衍射波的入射波和衍射波都可看成平面波都可看成平面波夫琅禾费衍射均满夫琅禾费衍射均满足远场近似足远场近似SABE光源光源障碍物障碍物接收屏接收屏SABE光源光源障碍物障碍物接收屏接收屏四、菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射四、菲涅尔衍射和夫

8、琅禾费衍射观察比较方便，但定量观察比较方便，但定量计算却很复杂。计算却很复杂。计算比较简单。计算比较简单。光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距无限远光源、屏与缝相距无限远R夫夫 琅琅 禾禾 费费 衍衍 射射OP0PER菲菲 涅涅 尔尔 衍衍 射射1L2L在实验中实现在实验中实现夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射SRP 菲菲涅耳涅耳衍射衍射 夫夫琅禾费琅禾费衍射衍射 1 1源和场点源和场点均满足傍轴均满足傍轴近似近似 但不满足远场但不满足远场近似近似 源点和场点源点和场点均满足远场近似均满足远场近似 2 2源和场点或而者之一源和场点或而者之一在有限远在有限远源和场点均在无限远源和场点均在无限远 3 3非非平行光衍射平行光衍射 平行光衍射平行光衍射 4 4光源和接收平面光源和接收平面非物像共轭面非物像共轭面光源和接收平面光源和接收平面为物像共轭面为物像共轭面衍射分类的几种表述衍射分类的几种表述 重点：重点：惠更斯惠更斯 菲涅耳原理，单缝夫琅禾费衍射，菲涅耳原理，单缝夫琅禾费衍射，光栅衍射光栅衍射。难点：难点：单缝夫琅禾费衍射中半波带法单缝夫琅禾费衍射中半波带法的理解和运用。的理解和运用。单缝明、暗纹条件及其原因单缝明、暗纹条件及其原因。光栅衍射中条纹的成因和对条纹的缺级分析光栅衍射中条纹的成因和对条纹的缺级分析。