中国科学技术大学：《光学与原子物理》课程授课教案（光学）第四章 光的衍射 4.1 惠更斯-菲涅耳原理 4.2 菲涅耳圆孔圆屏衍射 4.3 夫琅禾费单缝衍射 4.4 夫琅禾费圆孔衍射

第四章 光的衍射 4.1 惠更斯-菲涅耳原理 4.2 菲涅耳圆孔圆屏衍射 4.3 夫琅禾费单缝衍射 4.4 夫琅禾费圆孔衍射 4.5 衍射光栅

第四章 光的衍射 4.1 惠更斯-菲涅耳原理 4.2 菲涅耳圆孔圆屏衍射 4.3 夫琅禾费单缝衍射 4.4 夫琅禾费圆孔衍射 4.5 衍射光栅

4.1、惠更斯-菲涅耳原理 4.1.1、光的衍射现象 ●光的衍射现象最早由Grimaldi发现并记载。 Crd。在a4 (1618-1663) Physicomathesis de lumine,coloribus,et iride,aliisque annexis (published 1665)

4.1、惠更斯-菲涅耳原理 4.1.1、光的衍射现象 （1618-1663）

。生活中可以观察到的光的衍射现象 Light Diffraction by a Razor Blade

·生活中可以观察到的光的衍射现象

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。当光波遇到障碍物或小孔时，将或多或少偏离几何光学的直线传播 而绕行，这就是光的衍射现象。 。光的衍射效应使得衍射光强有了重新分布。 几何阴影区 光源 几何照明区 衍射屏 观察屏 光波遇到小障碍物或小孔时，绕过障碍物进入几何阴影区继续传播，并在障 碍物后的观察屏上呈现光强的不均匀分布，这种现象叫做光的衍射

光波遇到小障碍物或小孔时，绕过障碍物进入几何阴影区继续传播，并在障 碍物后的观察屏上呈现光强的不均匀分布，这种现象叫做光的衍射

。光的衍射现象具有三个鲜明的特点： ●衍射光波在障碍物边缘附近出现了明暗相间的条纹，说明衍射效应 与某种复杂的千涉效应有关系； 。限制与扩展； 。光的衍射效应的强弱，与障碍物线度d与光波长入之比关系十分密 切： p~1032以上，衍射效应不明显； p1032--102,衍射效应明显； P≤入，向散射过渡

4.1.2、惠更斯-菲涅尔原理 。衍射特点：绕射；条纹→光强重新分布！ ·惠更斯原理可以用来定性解释光的绕射现象 缺点：不能解释明暗条纹；不能确定衍射场各点的光强 。明暗条纹→说明有千涉→次波与次波的相千叠加！ 衍射=Huygens原理+次波相千叠加=Huygens-Fresnel/原理

4.1.2、惠更斯-菲涅尔原理

o l Huygens-Fresnel)原理：波面上每个面元都可看成新的次光源，发 出次光波。衍射光场中某点P的光矢量是所有次光波在该点相干叠 加的结果。 。次光源的物理意义：变电→变磁→电磁波 ·这里仍是唯象理论。次光源+相干叠加的物理模型是由实验现象猜 测（物理直觉）出来的。 。Huygens-Fresnel原理描述了一种次波→叠加→再次波一再叠加的基 本传播方式。 。计算衍射光场中的光强分布的步骤（物理模型→数学模型） 。划分有效波面，每个dS看作次光源 。考虑每个dS在P形成的光矢量的复振幅

。菲涅耳(Augustin Jean Fresnel)是第一个给出衍射场分布理论的 人，他用“次波相干叠加”的思想补充了惠更斯原理。 ds Σ ·波前上每个面元均可看作是次波源，它们向四周发射次波： 。波场中任一点的扰动，是所有次波源贡献的次级扰动的相千叠加