第21单元-光的衍射.pptVIP

第 21 章 光 的 衍 射 * 大 学 物 理 University Physics 本章主要讲解三个方面问题： 衍射现象 惠更斯---菲涅耳原理 夫琅和费单缝衍射－－－菲涅耳半波带法 按几何光学的观点，光线是直线传播的。但是光在传播过程中遇到大小与波长相比拟的障碍物（如：小孔、小屏、狭缝、毛发和细针等）时，由于波振面受到限制，能绕过障碍物而偏离直线传播的现象称为光的衍射（绕射）。如声波可以绕过窗户进入室内等。 衍射现象是一切波动的共有特性！ Fresnel bright spot 平行光入射到圆孔(a)和单缝(b)时产生的衍射图样 方孔衍射图样 方形网络衍射图样 光的衍射有如下特点： ① 衍射 = 波振面遇到障碍物受限制而偏离直线传播 + 光能在空间的不均匀分布。 ② 光束在什么方向受到限制，衍射图样就在什么方向铺展，且限制愈甚，铺展愈甚，衍射效应愈强。 Fraunhofer diffraction Fresnel diffraction 本章主要讲解三个方面问题： 衍射现象 惠更斯---菲涅耳原理 夫琅和费单缝衍射－－－菲涅耳半波带法 1、惠更斯（C.Huygens)原理 惠更斯原理：媒质中波动到达的各点都可以看作是发射子波的波源，在其后任一时刻，这些子波的包络面就是波在该时刻的新的波面。 t+?t时刻波面 · · · · · u?t 波传播方向 t 时刻波面 平面波 t + ?t 球面波 u · · · · · · · · · · · · · · · t ? 惠更斯的“子波源”理论成功地解决了几何光学中光的反射、折射定理。但惠更斯原理是很不完备的，只涉及到了光的传播问题，并未涉及到光强问题，无法对各种衍射图样中的明暗条纹及其光强分布进行定量分析。 1816年，法国青年物理学家菲涅耳，注意到惠更斯原理的弱点，受杨氏双缝干涉的启发，他在保留惠更斯“子波”概念的基础上，加进了“子波相干叠加”的概念，提出了惠更斯---菲涅耳原理。 菲涅耳（A. Fresnel，1788---1827），法国物理学家和铁路工程师。他从小体弱多病，但读书非常用功，学习成绩一直很好，数学尤为突出。 菲涅耳的科学成就主要有两个方面，一是衍射。1818年，巴黎科学院举行了一次以解释衍射现象为内容的科学竞赛，年轻的菲涅耳出乎意料地取得了优胜。他以惠更斯原理和干涉原理为基础，用新的定量形式建立了惠更斯--菲涅耳原理，完善了光的衍射理论。　 另一方面成就是偏振。他与D. F. J. 阿拉果一起研究了偏振光的干涉，确定了光是横波（1821）；他发现了光的圆偏振和椭圆偏振现象（1823），用波动说解释了偏振面的旋转；解释了马吕斯的反射光偏振现象和双折射现象，奠定了晶体光学的基础。 由于菲涅耳在物理光学研究中的重大成就，被誉为“物理光学的缔造者”。1823年菲涅耳当选为法国科学院院士，1825年被选为英国皇家学会会员。1827年7月14日因肺病医治无效而逝世，年仅39岁。 2、惠更斯--菲涅耳原理 惠更斯--菲涅耳原理：媒质中波动到达的各点都可以看作是发射子波的波源；从同一波阵面上各点发出的子波都是相干波，它们在空间某点相遇时，将进行相干叠加而产生干涉现象。 本章主要讲解三个方面问题： 衍射现象 惠更斯---菲涅耳原理 夫琅和费单缝衍射－－－菲涅耳半波带法 缝面上每一个点都是一个子波源，每一个子波源都发出射向各个方向的光线，这些光线称为衍射光线。衍射光线和波面法线的夹角称为衍射角，具有相同衍射角的衍射光线会聚于焦平面上的同一点。 下面研究观察屏上P点的光强，它是由衍射角均为? 的一束平行光叠加而成。 我们把波前AB分成等面积的条形带，并使相邻两带上的对应点到P点的光程差均为?/2，这样的条形带----半波带。 由于各半波带面积相等，所以各半波带上的子波数目相等。任意两个相邻半波带上所发出的光线到达P点时位相差为?，相互抵消。