南京大学：《光学》课程教学课件（PPT讲稿）第二章 光的衍射（Diffraction of Light）

第2章光的衍射 Diffraction of Light) 光的干涉：是研究两列或两列以上光波的相互叠 加问题。 光的衍射：是研究光波本身传播行为，它进一步 揭示了光的波动性的本质。 §2.1光的衍射现象 切波动都能绕过障碍物向背后传播性质。 例如，户外的声波可绕过树木，墙壁等障碍物而 传到室内，无线电波能够绕过楼房，高山等障碍 物而传到收音机、电视里等

第2章 光的衍射 （ Diffraction of Light） 光的干涉：是研究两列或两列以上光波的相互叠 加问题。 §2.1 光的衍射现象 一切波动都能绕过障碍物向背后传播性质。 例如，户外的声波可绕过树木，墙壁等障碍物而 传到室内，无线电波能够绕过楼房，高山等障碍 物而传到收音机、电视里等。 光的衍射: 是研究光波本身传播行为，它进一步 揭示了光的波动性的本质

波遇到障碍物时偏离原来直线传播方向的现象称为波 的衍射。 日常生活中光的衍射现象不明显的原因？？ 2<10 衍射现象不明显 a 1≈102→10 衍射现象显著 a 2≈10→1 逐渐过渡为散射 a 首先我们来做一个实验，让一单色强光源（激光）发 出的光波，通过半径为p且连续可调的小圆孔后，则在 小圆孔后的屏上将发现：当足够大时，在屏上看到的 是一个均匀照明的光斑，光斑的大小为圆孔的几何投 影。这与光的直线传播相一致。如图

波遇到障碍物时偏离原来直线传播方向的现象称为波 的衍射。 首先我们来做一个实验，让一单色强光源（激光）发 出的光波，通过半径为且连续可调的小圆孔后，则在 小圆孔后的屏上将发现：当足够大时，在屏上看到的 是一个均匀照明的光斑，光斑的大小为圆孔的几何投 影。这与光的直线传播相一致。如图 3 10−  a  衍射现象不明显 2 1 10 10 − → −  a  衍射现象显著 10 1  −1 → a  逐渐过渡为散射 日常生活中光的衍射现象不明显的原因？？

随着p的逐渐变小， 屏上的光斑也逐渐 衍射屏 观察屏 减小，但当园孔减 小到一定程度时， 屏上的光斑将逐渐 S 扩展，弥漫。 光强出现分布不均匀，呈现出 明暗相间的同心圆环，且圆环 中心出现时亮时暗的变化。 光斑的扩展弥漫，说明光 线偏离了原来的直线传播， 绕过障碍物，光强分布不 均匀，这种现象称为光的 衍射

*S 衍射屏 观察屏 a S 光强出现分布不均匀，呈现出 明暗相间的同心圆环，且圆环 中心出现时亮时暗的变化 。 随着 的逐渐变小， 屏上的光斑也逐渐 减小，但当园孔减 小到一定程度时， 屏上的光斑将逐渐 扩展，弥漫。 光斑的扩展弥漫，说明光 线偏离了原来的直线传播， 绕过障碍物，光强分布不 均匀，这种现象称为光的 衍射

衍射屏 观察屏 再来做一个实验，用 束激光照射宽度连 续可调的竖直狭缝， 并在数米外放置接受 屏，也可得到衍射图 样。 返回 逐渐减狭缝的宽度，屏上亮纹也逐渐减小，当狭缝的 宽度小到一定程度，亮纹将沿于狭缝垂直的水平方向 扩展。同时出现明暗相间的衍射图样，中央亮纹强度 最大，两侧递减，衍射效应明显，缝宽越窄，对入射 光束的波限制越厉害，则衍射图样扩展的越大，衍射 效应越显著

再来做一个实验，用 一束激光照射宽度连 续可调的竖直狭缝， 并在数米外放置接受 屏，也可得到衍射图 样。 逐渐减狭缝的宽度，屏上亮纹也逐渐减小，当狭缝的 宽度小到一定程度，亮纹将沿于狭缝垂直的水平方向 扩展。同时出现明暗相间的衍射图样，中央亮纹强度 最大，两侧递减，衍射效应明显，缝宽越窄，对入射 光束的波限制越厉害，则衍射图样扩展的越大，衍射 效应越显著。 * S 衍射屏 观察屏 返回

一、光的衍射定义： 光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影， 并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象 二、产生条件： 障碍物的线度和光的波长可以比拟的时候 三、衍射规律： 1.光在均匀的自由空间传播时，因光波波面未受 到限制，则光沿直线传播。当遇到障碍物时，光 波面受限，造成光强扩展，弥漫，分布不均匀， 并偏离直线传播而出现衍射现象

一、光的衍射定义： 二、产生条件： 1. 光在均匀的自由空间传播时，因光波波面未受 到限制，则光沿直线传播。当遇到障碍物时，光 波面受限，造成光强扩展，弥漫，分布不均匀， 并偏离直线传播而出现衍射现象。 障碍物的线度和光的波长可以比拟的时候 光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影， 并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象 三、衍射规律：

2.光波面受限越厉害，衍射图样扩展越显著。光波 面在衍射屏上哪个方向受限，接受屏上的衍射图样 就在哪个方向扩展

2.光波面受限越厉害，衍射图样扩展越显著。光波 面在衍射屏上哪个方向受限，接受屏上的衍射图样 就在哪个方向扩展

2.2惠更斯一菲涅耳原理 一、惠更斯原理 1.波面：等相位面 2.惠更斯原理 任何时刻波面 上的每一点都可作 为次波的波源，各自发出球面次波；在以后的 任何时刻，所有这些次波面的包络面形成整个波 在该时刻的新波面一“次波”假设

2.2 惠更斯－菲涅耳原理 一、惠更斯原理 1. 波面：等相位面 2. 惠更斯原理 任何时刻波面 上的每一点都可作 为次波的波源，各自发出球面次波；在以后的 任何时刻，所有这些次波面的包络面形成整个波 在该时刻的新波面——“次波”假设

能解释： 直线传播、反射、折射、晶体的双折射等； 不能解释： 波的干涉和衍射现象（未涉及波长等）； 而且由惠更斯原理还会导致有倒退波的存 在，而实际上倒退波是不存在的

能解释： 直线传播、反射 、折射、晶体的双折射等； 不能解释： 波的干涉和衍射现象（未涉及波长等）； 而且由惠更斯原理还会导致有倒退波的存 在，而实际上倒退波是不存在的

二、菲涅耳对惠更斯原理的改进 1.改进： 根据“次波”假设，补充了振幅相位的 定量表示式，增加了“次波相干叠加”。 2.惠更斯一菲涅耳原理 波面S上每个面积元dS都可以看成新的 波源，它们均发出次波。波面前方空间某一点 P的振动可以由S面上所有面积元所发出的次 波在该点叠加后的合振幅来表示

二、菲涅耳对惠更斯原理的改进 1. 改进： 根据“次波”假设 ，补充了振幅相位的 定量表示式，增加了“次波相干叠加”。 2.惠更斯－菲涅耳原理 波面 S 上每个面积元 dS 都可以看成新的 波源，它们均发出次波。波面前方空间某一点 P 的振动可以由 S 面上所有面积元所发出的次 波在该点叠加后的合振幅来表示

ro 3.四个假设 ①所有次波都有相同的初相位（令p0=0) ②次波是球面波 ds d5 cos(ke-o）

3. 四个假设 ① 所有次波都有相同的初相位（令0 = 0) ② 次波是球面波 cos( ) 1 kr t r dE  −