《大学物理》PPT参考资料：第四章 光的衍射 Diffraction of light（4.1-4.2）§4.1 光的衍射图样和惠更斯—菲涅耳原理 §4.2 单缝的夫琅禾费衍射

第四章 光的衍射 (Diffraction of light)

1 第四章 光的衍射 （Diffraction of light）

§4.1光的衍射图样和惠更斯—菲涅耳原理 光的衍射现象: 光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而 偏离直线传播的现象叫光的衍射。 H 不但光线拐弯, 而且在屏上出现 明暗相间的条纹 l≥0a 刀片,小圆盘的 衍射(透明片) 2

2 §4.1 光的衍射图样和惠更斯—菲涅耳原理 一.光的衍射现象： 光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而 偏离直线传播的现象叫光的衍射。 不但光线拐弯, 而且在屏上出现 明暗相间的条纹. 刀片,小圆盘的 衍射(透明片)

(b) 透过手指缝看灯,也能看到衍射条纹

3 透过手指缝看灯，也能看到衍射条纹

二、惠更斯—菲涅耳原理: (Huygens--Fresnel principle) 惠—菲原理:波传到的任何一点都是 子波的波源,各子波在空间某点的相干 叠加,就决定了该点波的强度 ※该原理的 dE P) 数学表达式如下: ds vhr a()k() (p) 液前 (设初相为

4 二、惠更斯——菲涅耳原理： （Huygens—Fresnel principle） 惠——菲原理：波传到的任何一点都是 子波的波源，各子波在空间某点的相干 叠加，就决定了该点波的强度。 ※该原理的 数学表达式如下： dE a Q K r ( p) dS ( ) ( )  

=0,K=K max K(O):方向因子{0个→K(O↓ 元 62-,K=0 a(Q)取决于波前上Q点处的强度 dEn=2()·k() 27r ds cos(at a(Q)·K(⊙) cos( at 2r\dS (P) 令 Eo(p coS(at+9( n)

5 K (  ) ：方向因子      = =  →   =        0 2 0 ， ， K K K K max ( ) a(Q) 取决于波前上Q点处的强度 dE a Q K r dS t r ( p) ( ) ( ) = cos( )   −     2 E a Q K r t r p dS ( ) s ( ) ( ) =  cos( )   −      2 = E p  t + 0( ) p) cos(  ) 令 （

P处波的强度InEn 计算Eω相当复杂(超出了本课范围), 下节将介绍菲涅耳提出的一种简便的分析 方法半波带法 它在处理一些有对称性的问题时, 既方便,物理图象又清晰

6 P处波的强度 2 p E0( p) I  计算E(p) 相当复杂（超出了本课范围）， 下节将介绍菲涅耳提出的一种简便的分析 方法——半波带法. 它在处理一些有对称性的问题时， 既方便，物理图象又清晰

衍射现象的分类: 菲涅耳衍射:光源和观察屏(或二者之一) 离衍射孔(或缝)的距离有限,它也称 近场衍射,这种衍射图形会随屏到孔(缝) 的距离而变,较复杂(超出了本课范围) 光源 衍射物观察屏

7 三.衍射现象的分类： 菲涅耳衍射:光源和观察屏（或二者之一） 离衍射孔（或缝）的距离有限，它也称 近场衍射，这种衍射图形会随屏到孔（缝） 的距离而变，较复杂（超出了本课范围）。 P 衍射物 光源 观察屏

夫琅禾费衍射:光源和观察屏都离行射孔 (或缝)无限远,也称远场衍射,它实际上 是菲涅耳衍射的极限情形,以下仅讨论 此种衍射。 P点在无穷远 E2

8 夫琅禾费衍射:光源和观察屏都离衍射孔 （或缝）无限远,,也称远场衍射，它实际上 是菲涅耳衍射的极限情形，以下仅讨论 此种衍射。 P点在无穷远 L1 L2 S f2 f1 P

s4.2单缝的夫琅禾费衍射 观察单缝的夫琅禾费衍射的实验装置: 屏幕 S (补图)

9 §4.2 单缝的夫琅禾费衍射 观察单缝的夫琅禾费衍射的实验装置： （补图） 屏幕 S *

衍射图样主要规律如下: (1)中央亮纹最亮,其宽度是其他亮纹的两倍; 其他亮纹的宽度相同(亮纹中心的位置如图) 亮度逐渐下降 (2)缝a越小,条纹越宽(即衍射越厉害) (3)波长越大,条纹越宽(即有色散现象)

10 衍射图样主要规律如下： (1)中央亮纹最亮，其宽度是其他亮纹的两倍； 其他亮纹的宽度相同（亮纹中心的位置如图）， 亮度逐渐下降． (2)缝 a 越小，条纹越宽（即衍射越厉害）. (3)波长越大，条纹越宽（即有色散现象)