《大学物理》课程PPT教学课件（二）第15章 光的衍射 diffraction 15.3 惠更斯-菲涅耳原理 15.4 光的夫琅和费衍射

光的衍射 diffraction 88c●◎

光的衍射 diffraction

§153惠更斯-菲涅耳原理 波的叠加原理→干涉现象 二者关系? 惠更斯-菲涅耳原理一→衍射现象 衍射现象 光在传播过程中遇到障碍物 时,将偏离直线方向传播, 绕过障碍物进入几何阴影区 并产生光强的重新分布(光 强非均匀稳定分布)的现象, 称为光的衍射现象 缝宽a~入

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？ 一. 衍射现象 §15.3 惠更斯-菲涅耳原理 光在传播过程中遇到障碍物 时，将偏离直线方向传播， 绕过障碍物进入几何阴影区。 并产生光强的重新分布（光 强非均匀稳定分布）的现象， 称为光的衍射现象 缝宽 a ~ 

指缝的衍射现象 剥须刀片的衍射现象 圆孔衍射现象

-10 -5 0 5 10 -10 -5 0 5 10 -10 -5 0 5 10 -10 -5 0 5 10 圆孔衍射现象

二.惠更斯-菲涅耳原理 (波动光学的基本原理) 1、惠更斯原理 波面上的每一点均为发 射子波的波源,这些子波的入射波 包络面即新的波阵面 障碎多衍射波 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:不能定量说明衍射波的强度分布

二.惠更斯-菲涅耳原理 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：不能定量说明衍射波的强度分布 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 障碍物 入射波 衍射波 （波动光学的基本原理)

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q) n 子波在P点相位:ox+9n-2z 子波在P点振幅: C OC (1+ cos 0)ds

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 各子波初相相同（0 ） 子波在P点相位:     r t + 0 − 2 子波在P点振幅: A (1 cos )ds 2 1 ;  +  1 r A 

(6=0 倾斜因子:f(O)=(+cos)=1/2(O=n/2) 2 子菠:dv-2 (1+Cos 0)coS(O t+Po-2It)ds ②空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果 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—千涉( nterference) 无限多个连续分布子波源相干叠加—衍射 diffraction

 空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果 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(Interference) 无限多个连续分布子波源相干叠加—— 衍射(diffraction) 倾斜因子： = (1+ cos ) = 2 1 f ( )  1 ( = 0) 1 2 ( =  2) 0 ( =  ) 子波： s r t r c (1 cos ) cos( 2 ) d 2 d 0 = +  + −       

衍射分类 菲涅耳衍射(近场衍射) 波源有限距离 有限距离 障碍物 屏 (或二者之一有限远) 夫琅和费衍射(远场衍射): 波源 屏 无限远 障碍物一无限 远 即平行光衍射 信息光学(现代光学分支)

三. 衍射分类 菲涅耳衍射（近场衍射）： 夫琅和费衍射（远场衍射）: L1 L2 波源 ———— 障碍物 ———— 屏 无限远 无限远 即平行光衍射 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

§154光的夫琅和费衍射 一.单缝夫琅和费衍射 装置 P△≠0 S △=0 f 透镜 单缝透镜 屏 缝宽a:其上每一点均为子波源,发出衍射光 行射角:衍射光线与波面法线夹角

§15.4 光的夫琅和费衍射 一. 单缝夫琅和费衍射 1. 装置： 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

q=0衍射光线汇集2焦点F △=0中央明纹中心 ≠0衍射光线汇集2焦平面上某点P △≠0P处光强可由菲涅耳公式计算 L P△≠0 S 屏置于L2的 fr 焦平面上 透镜 单缝透镜 屏 介绍确定P光强的两种简便方法

焦平面上 屏置于L2 的  = 0 衍射光线汇集于L2 焦点F  = 0 中央明纹中心   0 衍射光线汇集于L2 焦平面上某点P   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

2.菲涅耳波带法(半定量方法) 符射角为的一平行B 光线的最大光程差: △=BC=asiq 用去分△,设△=n 234 2 对应的单缝a被分为 n个半波带 f

2. 菲涅耳波带法（半定量方法） 2 2   用 去分，设 = 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  = BC = a sin  . A2 A1 . . . A3 . . C A B a x f P A4