1衍射原理剖析.ppt

衍射的分类 用积分法处理很复杂，一般用矢量叠加法近似处理。 * 光的衍射 本章内容 Contents chapter 2 惠更斯 - 菲涅耳原理 Huygens-Fresnel principle 单缝的夫琅禾费衍射 Fraunhofer diffrraction at rectangular aperture and the slit 夫琅禾费圆孔、圆环和多边形孔衍射 Franhofer diffraction at various form apertures 光栅衍射 grating diffraction 1、什么叫衍射 2、光的衍射现象 ? 光不再是直线传播，而有光进入障碍物后的几何 阴影区。 ? 光所到达的区域，其强度分布也不均匀。 波在传播中遇到障碍物，使波面受到限制时，能够绕过障碍物继续前进的现象。 2.1光的衍射现象及分类 凡是不能用反射折射予以解释的光偏离直线传播的现象 一切波都能发生衍射，通过衍射把能量 传到阴影区域，能够发生明显衍射 的条件是：障碍物或孔的尺寸跟波 长差不多. 机械波的衍射一般比较明显， 如：声波的衍射 （隔墙有耳） 声波的波长 （λ）：17m-----1.7cm 光波的衍射一般不明显，（λ：0.7μm— 0.4μm) 故此时可粗略地认为：光是沿直线传播的 单缝K a b S 光源 (a) 屏幕E 屏幕E? a? S 光源 (b) b? 实验发现，光通过宽缝时，是沿直线传播的，如图(a)所示。 若将缝的宽度减小到约10?4m及更小时，缝后几何阴影区的光屏上将出现衍射条纹，如图(b)所示，这就是光的衍射现象。 1.衍射与干涉一般是同时存在的 共同本质 形式上区别 2.衍射是一切波动固有的特性 障碍物限度与?的比 3.引起衍射的障碍物分 振幅型—孔 缝 位相型—光学厚度nh不均匀的玻璃板 4.若?/a趋于零?衍射现象消失—几何光学是?/a趋于零 的极限情况 惠更斯 1629—1695，荷兰物理学家 惠更斯原理（1690）：在波动传播过程中的任一时刻，波面上的每一点都可看作一个新的波源，各自发射球面次波。在以后的任何时刻，所有次波的包络面，形成下一时刻的新波面。两个波面的空间间隔等于波的传播速度与传播时间间隔的乘积。 惠更斯原理 成功：解释光的直线传播 解释光的反射、折射和双折射现象 预料光的衍射现象的存在 缺陷：不能确定沿衍射光方向传播的振动的振幅。无法进行定量计算。 菲涅耳对惠更斯的光学理论作了发展和补充，创立了“惠更斯--菲涅耳原理”，才较好地解释了衍射现象，完善了光的波动理论。 惠更斯原理是近代光学的一个重要基本理论。 · · p dE(p) r Q dS S(波面) 设初相为零 n ? 波面S上每个面元dS都是次波源，次波在p点引起振动的振幅与面积dS成正比，与距离r成反比，且与倾角q有关。 菲涅耳对惠更斯原理的改进: 给不同次波赋予相应的相位和振幅，并将次波的干涉叠加性引入惠更斯原理，得到衍射的定量表达式。 3. 惠更斯-菲涅耳原理（1818） 次波中心 观察点 Q点在p点引起的光波振幅 倾斜因子 次波中心附近的小面元 次波中心Q的光振幅 P点处波的强度： 取决于波面上Q点处的强度 菲涅耳衍射积分公式 各次波在空间某点的相干叠加，就得到了该点波的振幅。 倾斜因子K(?)的特点 1882，基尔霍夫 ( Kirchhoff )： 由波动方程出发，利用格林函数方法和一些边界条件直接推导出来，为衍射奠定了比较完善的数学基础， 且得出 有限开孔 S ，菲涅耳 -基尔霍夫衍射公式： “ 傍轴近似 ” ， ，简化为 可以处理复杂的衍射问题，成为信息光学的基础。 远场衍射 (2) 夫琅禾费衍射 光源S、衍射屏R、观察屏P,只要有两者为有限远 (1) 菲涅耳衍射 * S 衍射屏R 观察屏P a ? ? ? 10 - 3 a ? * S 衍射屏 观察屏 L? L 光源S、衍射屏R、观察屏P相距无限远 近场衍射 不透明圆屏 菲涅尔衍射 圆孔