第2章 光的衍射 光学基础 课件 （第四版，姚启钧）.pptVIP

第2章 光的衍射 Chap. 2 Diffraction of Light 主 要 内 容 衍射现象的本质及规律 衍射是光在空间或物质这传播的基本方式 衍射现象和干涉现象一样，是说明波动的特征 衍射现象的几种重要应用 2.1 光的衍射现象 定义： 光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在传播方向上出现光强分布不均匀的现象。 条件： 只有障碍物的线度和光的波长可以比拟时，才有明显的衍射现象。 2.2 惠更斯－菲涅耳原理 2.2.1、惠更斯原理 1.波面、波线 ?2.惠更斯原理： 任何时刻波 面的每一点都可作 为次波的波源，各自发出球面次波；在以后 的任何时刻，所有这些次波面的外包络面形 成整个波在该时刻的新波面——“次波”假设。 概念：球面次波、次波波源 解释：直线传播、反射 、折射、晶 体的双折射等； 不能解释：波的干涉和衍射现象（未 涉及波长等）； 而且由惠更斯原理还会导致有倒退波 的存在，而实际上倒退波是不存在的。 2.2.2、菲涅耳对惠更斯原理的改进 1. 改进：根据“次波”假设 ，补充了振幅相 位的定量表示式，增加了“次波相干叠加” 2. 惠更斯－菲涅耳原理 波面 S 上每个面积元dS 都可以看成新 的波源，它们均发 出次波。波面前方 空间某一点 P 的振 动可以由 S面上所 有面积元所发出的 次波在该点叠加后 的合振幅来表示。 3. 四个假设 ① 所有次波都有相同的初相位(令?0 = 0) ② 次波是球面波 4. 惠更斯----菲涅尔积分公式： ——菲涅耳衍射积分 5、衍射的分类 1. 菲涅耳衍射－近场衍射： 光源和考察点到障碍物的距离都有限或其中之一有限，一般用振幅矢量叠加法近似计算 2. 夫琅禾费衍射－远场衍射： 光源和考察点到障碍物的距离都无限（实际：平行光束），积分计算 2.3 菲涅耳半波带 2.3.1 菲涅耳半波带： 任何相邻两带 的对应部分所发出 的次波到达P点时 的光程差都为 ， 即相位相反。 2.3.2 合振幅的计算： 2.4 菲涅耳衍射(圆孔和圆屏) 2.4.2、圆屏衍射 2.4.3、菲涅耳波带片 1.波带片： 合振幅： 奇数 ????????????? 偶数 只让奇数或偶数半波带透光的屏（光学元件） 2.制作： ①照相 ②摄取牛顿环 ③镀膜光刻 3.形状：①同心环带 ②长条形 ③方形 4.成像及焦距： 波带片与薄透镜相似，但有许多虚焦点， 分别在±?ˊ∕3， ±?ˊ∕ 5，±?ˊ∕7，﹍ ﹍ 5.优点： ① 冷加工省事 ② 消色差 ③ 面积大、轻便、可折叠 ? ④ “.”物? “+”像 2.4.4直线传播与衍射的联系 有遮蔽 波面不完整 一些次波不能到达观测点 光强分布不均匀 衍射现象 无遮蔽 波面完整 所有次波都能到达观测点 光强分布均匀 光沿直线传播 衍射现象的极限 光传播 次波叠加 衍射 无论光是直线传播还是具有明显的衍射现象，都遵循惠更斯----菲涅尔原理。 2.6 夫琅禾费单缝衍射 2.6.1、实验装置与衍射图样的特征 1.实验装置 2.衍射图样： ①单色光入射： a.中央特亮，两侧亮暗交替分布。