深圳大学精品课程：《光学 Optics》教学资源（PPT课件）第二章 波动光学基本原理 Basic Principles of Optical Waves 2.5 光的衍射

第二章畝动光学基本原理 nap. 2 Basic Principles of Optical Waves 主讲人:李玲教授

主讲人：李玲教授

光的衍狲

知识点： 1.光波衍射引论 2.菲涅尔圆孔和圆屏衍射 3.波带片

1.光波衍射引论 (1)光的衍射现象 光在传播过程中遇到障碍物肘,能够绕过障碍物的边 沿传播,光的这种偏高直线传播的现象叫作光衍射 (c) (d)

光在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边 沿传播，光的这种偏离直线传播的现象叫作光衍射. (1) 光的衍射现象

(2)衍射的种类 (a)葬涅耳衍射 衍射异距光娠或者衍射屏距接收异距离与 衍射孔的线度比较都是有限远,或者其中之 一是有限的 1|1( P 光源和场点都为有限远 光源无限远,炀点有限远

(2) 衍射的种类 （a）菲涅耳衍射 衍射屏距光源或者衍射屏距接收屏距离与 衍射孔的线度比较都是有限远,或者其中之 一是有限的 S P 光源和场点都为有限远 P 光源无限远，场点有限远

(b)夫琅和费衍射 衍射屏距光源和接收屏都为无限远 P 光源和场点都为无限远

（b）夫琅和费衍射 衍射屏距光源和接收屏都为无限远． S P 光源和场点都为无限远

(3)惠更斯一菲涅耳原理 葬涅耳吸取了惠更斯的次级子波的概念和杨 氏的相干叠加的思想,提出了惠更斯—葬涅耳 原理 表述 波面S上每一个面元dS都可以看作新的子 波源,发出赇面子波。波场中任一点P的光 振动,是所有这些子波源在该点产生的光振 动的相干叠加

菲涅耳吸取了惠更斯的次级子波的概念和杨 氏的相干叠加的思想，提出了惠更斯—菲涅耳 原理. 表述： 波面 S 上每一个面元 dS 都可以看作新的子 波源，发出球面子波。波场中任一点 p 的光 振动，是所有这些子波源在该点产生的光振 动的相干叠加。 （3）惠更斯—菲涅耳原理

用复振幡讨论p点 dsj* 相干叠加 单色点光 源 P dU是由波面S上的面元dS所发出的子波在P 点产生的复振幡,则S面在P点产生的总振 动可表示为 U(P)= ∮ dU(P) 上式是惠更斯一葬涅耳原理的数学表达式

法 线  P S O Q dS 单色点光 r 源 用复振幅讨论p点 相干叠加. dU 是由波面S 上的面元 dS 所发出的子波在 P 点产生的复振幅，则 S 面在P 点产生的总振 动可表示为 上式是惠更斯—菲涅耳原理的数学表达式. ( ) ( ). S U P dU P = 

dU(p)ods, ∝C已 9 ∝F(6) k U(P)=KUo(O)F(00,0)ds U0(Q):是Q点光振动的复振幡; F():称为倾斜因子,日是场点相对Q点面 元的方位角;θ是源点相对Q东面元 的方位角; cos 0+cos e F() 2

dU P( ) dS, , ikr  e r  F( ). 0 U Q( ) : 是Q点光振动的复振幅； 0 cos cos ( ) . 2 F    + = F( ) ：称为倾斜因子，是场点相对Q点面 元的方位角；0 是源点相对Q点面元 的方位角； 0 0 ( ) ( ) ( , ) . i k r s e U P K U Q F ds r =   

4)巴俾涅原理 考虑图中的一对衍射屏a,b,其一的透光部分正是另一 的遮光部分,反之亦然,即两屏是互补的。 ∑a ∑b ∑c +2 巴俾涅原理 心+J2= 互补屏造成的衍射场中复振幡之和等于自由波场的复振 幅。这个结论称为巴俾涅原理。由于自由破场是比较容 易计算的,因此利用巴俾涅原理可以较方便的由一种衍 射屏的衍射图样求出其互补屏的衍射图样来

(4)巴俾涅原理 考虑图中的一对衍射屏a,b,其一的透光部分正是另一 的遮光部分，反之亦然，即两屏是互补的。 互补屏造成的衍射场中复振幅之和等于自由波场的复振 幅。这个结论称为巴俾涅原理。由于自由波场是比较容 易计算的，因此利用巴俾涅原理可以较方便的由一种衍 射屏的衍射图样求出其互补屏的衍射图样来