物理光学复习第四章知识总结.doc

第4章光的衍射干涉与衍射的区别：本质上光的干涉与衍射都是光波相干叠加的结果。1一般来说，干涉是指有限个分立的光束的相干叠加。干涉强调的是不同光束相互影响而形成相长或相消的现象。2衍射则是连续的无限个子波的相干叠加。衍射强调的是光线偏离直线而进入阴影区域。§4.1标量衍射理论基础4.1.1衍射问题概述衍射定义(1)：“广义来说，凡是不能用反射折射予以解释的光偏离直线传播的现象.”衍射定义(2)：“光波在传播过程中，由于受到限制(即空间调制)时所发生的偏离直线传播规律的现象”衍射定义：光传播时产生的绕过障碍物、偏离直线传播路径而进入障碍物阴影部分并呈现不均匀的光强分布的现象。衍射是光传播过程中的普遍现象。 衍射基本理论要解决的问题是：分析由光源S发出的光波，受到衍射物体Σ的限制后，在观察平面Π上造成的复振幅分布或辐照度分布。衍射过程可以分解为三个相对简单的子过程处理:1.光源S发出的光波，在自由空间传播距离d0到达衍射体Σ的过程；2.衍射物体Σ对入射光波的限制过程：3.离开衍射体的光波在自由空间传播d距离，到达观察屏的过程。 4.1.2．惠更斯-菲涅耳原理1惠更斯原理：任何时刻的波面上的每一点都可作为发射次波的波源，各自发出球面次波。其后任一时刻所有次波波面的包络面形成整个波动在该时刻的新波面。优点：可以直观描述波的传播并解释衍射产生的原因；可由已知波面求另一时刻的波面。不足：对衍射仅有定性解释，无法用波长、振幅、位相等物理量对衍射结果作定量描述。2.惠更斯－菲涅耳原理：波前上任何一个未受阻挡的面元，可看做一个子波源，发射频率与入射波相同的球面子波，在其后任一地点的光振动，都是所有子波叠加的结果。3.菲涅尔公式利用上式可计算任意形状开孔或屏障的衍射问题。但菲涅耳理论本身不严格，勉强引入倾斜因子，缺乏理论依据。4.1.3.基尔霍夫衍射积分公式基尔霍夫从波动方程出发，用场论的数学工具导出较严格的公式。4.1.4菲涅耳衍射夫琅和费衍射划分依据：光源-衍射屏-观察屏三者的相对位置。A)菲涅耳衍射：三者间距离均为有限值或任意两者间距离为有限值。B)夫琅和费衍射：三者间距离均为无限值。对于衍射光强的分布规律，菲涅耳衍射采用半波带法处理，得出半定量结论。夫琅和费衍射采用积分法处理，得出定量结论。§4.3单孔的夫琅和费衍射4.3.1单缝的夫琅和费衍射4.3.2矩孔夫琅和费衍射4.3.3园孔夫琅和费衍射4.3.4．光学成像系统的分辩本领1．光学系统分类：理想系统；衍射受限系统；实际系统。2．衍射受限系统的物像关系：点物的像是系统有效孔径的夫琅和费衍射。3．分辨本领：评价光学系统分辨或识别两个靠近点物或物体细节的能力。4．衍射受限分辨本领：由系统有限孔径对成像光波的限制引起对于一个任意的光学成像系统，物点和像点之间总是满足物像共轭的关系。点物通过光学系统所成的像，就是光学成像系统有效孔径的夫琅和费衍射图形。无效倍率：无助于提高放大本领的高放大倍率称之为无效倍率。瑞丽判据：一个物点爱里斑的中央极大值与另一个物点爱里斑的第一极小值重合，作为光成像系统的衍射受限分辨极限，这一判据为瑞丽判据。瑞利判据成立的条件：1两个等强度的点，2针对非相干成像系统。A) 望远镜的分辨本领望远镜分辨本领用最小分辨角α表示。应用瑞利判据，α等于艾里斑角半径即：D为放大镜物镜的有效孔径。由于望远镜的有效通光孔径D大于人眼瞳孔孔径De，所以望远镜除了有视角放大作用外，还可以提高人眼对物体的分辨本领，提高倍数，望远镜视角放大率M=B）照相物镜的分辨本领像面最小分辨距离为：为焦距，为波长。分辨本领定义为像面最小分辨距离的倒数，表示在像面上每毫米能分辨的直线数。C）显微镜的分辨本领1．定义：分辨本领用物方最小可分辨距离ε表示。2．成像原理：是位于L1前焦面附近两个靠近物点，相距ε。其像点位于目镜前焦面，像点间距ε′。当，刚好可以分辨，对应的物点间距ε是显微镜分辨本领。为像距。要用ε′求ε可根据显微镜满足的正弦条件：可求得§4.4衍射光栅1.广义定义：在一定的空间范围内，具有空间周期性结构，能够按一定规律对光波(振幅和位相)进行调制的物体或装置。2.研究方法：多光束干涉和衍射3.分类：衍射光栅和计量光栅；1D,2D,3D光栅；透射和反射光栅；振幅和位相光栅；按线型：余弦，矩形波，闪耀型等。按制造方法：刻划光栅，全息光栅，光刻和离子蚀刻，复制光栅等；按使用波段：可见光，红外，紫外光栅。4.用途:计量(测长,测角),光谱测量,分光(分束器,达曼光栅),光束扫描，光子晶体等。4.4.1一维振幅光栅1.光栅是一种精细加工的光学元件。光栅上有着大量平行、等宽、等距的刻痕，其主要作用是通过衍射将不同波长的光分隔开，即分光。光栅分为透射式和反射式。2.实验装置及现象：透明的光学平板玻璃上刻有一系列平行