光衍射现象惠菲原理.ppt

* 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 * Ch2-1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 缝较大时，光是直线传播的。 缝很小时，衍射现象明显。 衍射现象： 波在传播过程中，遇到障碍物将绕过障碍物而偏离直线传播。光也有衍射现象。 只有当障碍物的尺寸与波长相当时，衍射现象才比较明显。 屏幕 阴 影 屏幕 一、光的衍射现象 手指缝 眼皮缝都可观察衍射(试试看) 泊松点 平面波 t+?t时刻波面 u?t 波传播方向 球面波 t+ ?t 二、惠更斯原理内容 介质中任一波阵面上的各点， 都是发射子波的新波源，其后任意时刻，这些子波的包络面就是新的波阵面。 根据惠更斯原理，只要知道某一时刻的波阵面，就可以确定下一时刻的波阵面。 t 时刻波面 波在传播过程中，遇到障碍物时其传播方向发生改变，绕过障碍物的边缘继续传播的现象。 利用惠更斯原理可解释波的衍射、反射和折射等现象。 1.波的衍射 波达到狭缝处，缝上各点都可看 作子波源，作出子波包络，得到新的 波前。在缝的边缘处，波的传播方向发生改变。 当狭缝缩小，与波长相近时，衍射效果显著。 衍射现象是波动特征之一。 水波通过狭缝后的衍射图象。 惠更斯原理的应用 当波传播到两种介质的分界面时，一部分反射形成反射波，另一部分进入介质形成折射波。 ①.入射线、反射线和界面的法线在同一平面上； （1）反射定律 ②.反射角等于入射角。 ①.入射线、折射线和界面的法线在同一平面上； ②. （2）折射定律 2.波的反射与折射 1815年，菲涅尔根据波的叠加和干涉原理，在惠更斯的子波假设基础上，提出了子波相干叠加的思想，从而建立了反映光的衍射规律的惠更斯－菲涅耳原理： 三、惠更斯 — 菲涅尔原理 　　从同一波阵面上各点所发出的子波是相干的。波阵面前方空间某点的光振动，就是这些子波到达该点相干叠加的结果。 惠更斯提出的子波概念，可解决波的传播方向的问题。 菲涅尔提出子波干涉的概念，可解决能量分布问题。 ：波阵面上面元 （子波波源） 子波在 点引起的振动振幅 并与 有关。 ： 时刻波阵面 * 惠更斯 — 菲涅尔原理的数学表达式 C — 比例常数 K(? ) — 倾斜因子 惠更斯 — 菲涅耳原理解释了波为什么不向后传的问题，这是惠更斯原理所无法解释的。 P 点的光振动（惠 — 菲原理的数学表达式）为： 根据这一原理，原则上可计算任意形状孔径的衍射问题。 　　为了避免复杂的积分运算，实际中常用半波带法和振幅矢量法等。 ：波阵面上面元 (子波波源) ： 时刻波阵面 * ?光源或接收屏距离衍射屏为有限远--菲涅耳衍射均满足傍轴近似 ?光源或接收屏距离衍射屏都相当于无限远—衍射物上的入射波和衍射波都可看成平面波?夫琅禾费衍射均满足远场近似 光源 障碍物 接收屏 光源 障碍物 接收屏 四、菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 观察比较方便，但定量计算却很复杂。 计算比较简单。 光源、屏与缝相距有限远 光源、屏与缝相距无限远 夫 琅 禾 费 衍 射 菲 涅 尔 衍 射 在实验中实现 夫琅禾费衍射