第十三章 光的衍射13.1.ppt

第十三章 光的衍射 Diffraction of Optical Wave §13.1 标量衍射理论 13.1.1衍射问题概述 1. 衍射现象 水波的衍射现象. 无线电波和声波的衍射现象. 光波的衍射现象. Radio waves and Audio waves diffract around mountains. (a) He-Ne激光束照射手持小球的衍射 (b) 电子束照射硫化锌晶体的衍射 衍射的定义 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” ■ 上述定义表明，衍射是光传播过程中的普遍现象。 日常生活中为何难于见到光波衍射现象? 衍射问题研究的历史回顾 17世纪50年代,意大利学者格里马第(F.M. Grimaldi,1618-1663)首次注意到衍射现象。他发现光经过细棒等物体时，偏离了直线传播规律，在物体阴影边界附近形成了亮暗交替或彩色的条纹。 Christiaan Huygens (1629-1695) Huygens extended the wave theory of optics. He realized that light slowed down on entering dense media. He explained polarization and double refraction. （1690） Huygens‘ principle says that a wave propagates as if  the wave-front were composed of an ar- ray of point sources each emitting a spherical wave. Augustin Fresnel (1788-1827) 1.did experiments to establish the wave theory and derived expressions for reflected and transmitted waves. 2. In 1818,Huygens-Fresnel principle §13.1.2 惠更斯-菲涅耳原理 根据惠-菲原理建立的衍射公式 平面波正入射照明和任意照明的情形 13.1.3基尔霍夫衍射积分公式(1882年） （标量衍射公式） 3．基尔霍夫公式的化简和推广 （1）菲涅耳近似和菲涅耳衍射 （1）菲涅耳近似和菲涅耳衍射 （2）夫琅和费近似和夫琅和费衍射 衍射范围的划分 衍射区的划分 13.1.5 一维孔径的衍射 2.一维孔径的夫琅和费衍射 13.1.6 有限距离观察夫琅和费衍射的方法 （1）薄凸透镜的位相变换因子 （2）衍射物体位于透镜之后的情形 （2）斜入射平面波照明的夫琅和费衍射 2. 球面波照明的情形 S 远场区 近场区 Fresnel区 直线投影 区 P1 P2 P3 Z Fraunhofer区 * Ocean waves passing through slits in Tel Aviv, Israel Diffraction occurs for all waves, whatever the phenomenon. When the wavelength is km long, a mountain peak is a very sharp edge! Another effect that occurs is scattering, so diffraction’s role is not obvious. 窗纱对路灯的衍射 手指缝 眼皮缝都可观察衍射(试试看) 泊松点 孔雀羽毛的黄、褐、绿、蓝四色形成“眼”。右下图为绿色区域的羽支横截面上的纳米尺度周期结构的显微照片，图中左上白色三角形为羽支中心部分。 （复旦大学资剑教授提供） 蝴蝶翅膀上的周期衍射结构 光源 衍射物 观察屏