《光学》课程教学资源（课件讲稿）第四章 光的衍射 第一节 光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理

光的衍射Optics第四章光的衍射第一节光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理

第四章 光的衍射 第一节 光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理

Optics第一节光的衍射现象和惠更斯一菲涅耳原理1.1光的衍射现象1.2惠更斯-菲涅耳原理，基尔霍夫边界条件1.3巴比涅原理1.4 衍射的分类

第一节 光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理 1.1 光的衍射现象 1.2 惠更斯-菲涅耳原理，基尔霍夫边界条件 1.3 巴比涅原理 1.4 衍射的分类

Optics1.1 光的衍射现象衍射（Diffraction）：当波动遇到障碍时，能够绕过障碍物并在其后的几何阴影区内造成一定的强度分布，这种偏离直线传播的现象称为衍射。（不能用反射、折射解释的绕射现象）水波的衍射思考：光波既然是波，为什么在实际生活中比较难观察到？

1.1 光的衍射现象 衍射（Diffraction）：当波动遇到障碍时，能够绕过障碍物， 并在其后的几何阴影区内造成一定的强度分布，这种偏离直 线传播的现象称为衍射。（不能用反射、折射解释的绕射现 象） 水波的衍射 思考：光波既然是波，为什么在实际生活中比较难观察到？

Optics1.1光的衍射现象

1.1 光的衍射现象

Optics1.1 光的衍射现象限制与扩展波长与孔径的比例是敏感因素明显的衍射现象要求障碍物的尺一般说来，在什么方向上限制波动度合适（103~102），太大向直线波动就在什么方向上扩展，限制越传播过渡，太小向散射过渡严，扩展也越强，成为一对限制和反限制的矛盾。元~a<<a微结构衍射图样

1.1 光的衍射现象 明显的衍射现象要求障碍物的尺 度合适（103~10λ），太大向直线 传播过渡，太小向散射过渡。 一般说来，在什么方向上限制波动， 波动就在什么方向上扩展，限制越 严，扩展也越强，成为一对限制和 反限制的矛盾。 波长与孔径的比例是敏感因素 限制与扩展 微结构 衍射图样

Optics1.1光的衍射现象△0中心衍射斑的角宽度O缝宽70~光孔线度与衍射程度之间的反比关系若光孔线度越小，光束受限制得越厉害，则衍射范围越加弥漫理论上表明光孔横向线度p与衍射发散角之间存在反比关系

1.1 光的衍射现象    缝宽 中心衍射斑的角宽度      光孔线度与衍射程度之间的反比关系 若光孔线度越小，光束受限制得越厉害，则衍射范围越加弥漫。 理论上表明光孔横向线度ρ与衍射发散角Δ之间存在反比关系

Optics1.2惠更斯-菲涅耳原理，基尔霍夫边界条件惠更斯原理：次波源波面的包络就是下一时刻的波面t时刻，次波源S'波面t时制S波面n,n2振源定性而不能定量位相不能准确回答振幅、的传播问题

1.2 惠更斯-菲涅耳原理，基尔霍夫边界条件 惠更斯原理：次波源波面的包络就是下一时刻的波面。 定性而不能定量 不能准确回答振幅、位相 的传播问题

Optics1.2惠更斯-菲涅耳原理，基尔霍夫边界条件惠更斯原理对衍射的解释波的传播过程，可以看作是次波中心不断地衍生出新的次波的过程次波次波中心波前

1.2 惠更斯-菲涅耳原理，基尔霍夫边界条件 惠更斯原理对衍射的解释 波前 次波中心 次波 波的传播过程，可以看作是次波中心 不断地衍生出新的次波的过程

Optics1.2惠更斯-菲涅耳原理，基尔霍夫边界条件惠更斯的次波概念继承补充和发展次波相干叠加提出吸取菲涅耳惠更斯一菲涅耳原理(1788-1827)衍射理论框架光波干涉概念

1.2 惠更斯-菲涅耳原理，基尔霍夫边界条件 惠更斯的次波概念 光波干涉概念 继承 吸取 补充和发展 提出 次波相干叠加 惠更斯—菲涅耳原理 衍射理论框架 菲涅耳 （1788-1827）

Optics1.2惠更斯-菲涅耳原理，基尔霍夫边界条件次波的相干叠加：在光源S周围作一封闭曲面（波前），S在场点P引起的振动就是上所有点发出的次波在P点引起的振动的失量和DQdU(P)ZP惠更斯-菲涅耳原理：空间某点的振动可看作波前上所有面元发出的次波在该点的相干迭加，数学上表述为：U(P)=ZdU(P)>与惠更斯原理相比：i）波面一→波前；ii）包络一→相干迭加自的：求有障碍物时衍射场的分布，2一般取在衍射屏上

1.2 惠更斯-菲涅耳原理，基尔霍夫边界条件 惠更斯-菲涅耳原理：空间某点的振动可看作波前上所有面元发出 的次波在该点的相干迭加，数学上表述为： 次波的相干叠加：在光源S周围作一封闭曲面Σ（波前），S在场点 P引起的振动就是Σ上所有点发出的次波在P点引起的振动的矢量和。 P Q  d r S d ( ) U P U P U P ( ) d ( )   与惠更斯原理相比：i）波面→波前；ii）包络→相干迭加 目的：求有障碍物时衍射场的分布，Σ一般取在衍射屏上