第二章-光的衍射PPT课件

菲涅耳补充：从同
一波阵面上各点发出 的子波是相干波。
——1818年
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三、惠更斯—菲涅耳原理 光源S
1、表述：
在给定时刻，波面上任一面积元ds都可 作为新的次波源发出次波，波面前方空 间某一点P的光场中光振动合振幅即为 波面上各点发出并到达该点的各次波的 相干叠加。
Q
dS
q
N r
r0
p
2、四个假设：
他精通几何光学和擅长应用光学技术，设计了新的透镜研磨法而
制成消除像差的惠更斯目镜以致优质的显微镜和望远镜，其中物
镜焦距长达数十米的天文望远镜20沿21 用了近一个世纪。
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惠更斯是经典物理光学的奠基人。他提出的光的波动理论
是以“光是以太媒介中的波动”为前提和波的惠更斯原理为核
心的光波理论。这原理的现代表述为：在行进波的波阵面上各
是他的经典名著。
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§2. 1 惠更斯-菲涅耳原理
一、光的衍射现象：
1、机械波的衍射 不沿直线传播而绕过障碍物，沿各方向绕射的现象。 如声波、水波的衍射。
2、电磁波的衍射
不沿直线传播而绕过障碍物，继续传播的现象。如
无线电波（电视、广播）的衍射。
3、光波的衍射
A
E
直线传播 宽
衍射
E
A
a'
S
缝
S
a b
B
窄
B
b'
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细
丝
S
●
E 衍射
a
b
衍射： 波绕过障碍物偏离直线传播而造成波强度不 均匀分布的现象.
是波独具的特征之一： 波
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,并在屏上出现光强分布不均匀的现象,
叫做光的衍射
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‘光线’拐弯了！ 光的衍射现象
A
S
?
D < 0.1 m m
波面为球面的波动称为球面波，如点光源发出球面 波；
波面为平面的波动称为平面波，如平行光束；
波面为柱面的波动称为柱面波，如狭缝光源发出柱 面波；
一般情况下，波面与传播方向垂直。
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2、惠更斯原理
[表述]：任何时刻，波面上的每一个点都可作为新的 次波源而发出球面次波，在以后的任一时刻，所有次 波波面的包络面形成整个波动在该时刻的新波面。
①波面是一等相面。→光源S上所有面 元ds具有相同位相（可令其为φ=0）
②次波源ds 在P点的振幅与 r 成反比。 这相当于表明次波是球面波
荷兰物理学家，天文学家，数学家 。1629年4月14日生于海 牙 ，1695年7月8日卒于同地 。1645～1647年在莱顿大学学习法 律与数学 1647～1649 年转入布雷达学院深造 。在阿基米德的 著作和R.笛卡尔等人的影响下，致力于力学 、光学、天文学及 数学的研究。1663年选为英国皇家学会成员。1666年选为刚成 立的法国科学院的成员。1681年返回荷兰定居。
第二章 光的衍射
主要内容
以惠更斯—菲涅耳原理为基础 研究光的衍射现象和规律
教学目标
1.了解光的衍射现象，并注意区分菲涅耳衍射和夫 琅禾费衍射;
2.理解衍射现象的理论基础——惠更斯—菲涅耳原 理;
3.了解波带片的原理和应用;
4.彻底掌握夫琅禾费单缝衍射的光强分布规律.
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5. 掌握夫琅禾费圆孔衍射的光强分布规律．明确
3、衍射现象的出现与否，还决定于障碍物的线度和 波长的相对大小，只有障碍物的线度和波长可以比拟 时，衍射现象才明显地表现出来．
结论
对光而言，衍射是绝对的，直线 传播是相对的；直线传播仅是衍 射的一种近似。
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二、更斯原理
1、波面： 光波传播过程中，位相相同的空间各点的轨迹所构 成的曲面，即等相面，称为波阵面，简称波面。
B
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水波的单缝衍射照片
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刀片边缘的衍射
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圆屏衍射
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（a）光的圆孔、 （b）单缝衍射照片
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衍射条件
当障碍物线度与光波波长可以比拟时，才能发生 衍射现象。
观察到衍射现象的条件： D ≥l .
超声波 、微波：l ~10 m m ; 当 D >>l 时 直线传播. 衍射与直线传播的内在联系
涅耳加以补充而使之完备（ 见惠更斯-菲涅耳原理）。
在数学方面 ，惠更斯主要是在 1658 年求得摆线（旋轮线）曲
线的长度。在天文学方面，他发现了土星的光环、土卫六和猎
户星云等。其他还有对空气泵和气压计的改进，提出测微计的
初步设想，发明钟表的弹簧游丝，改进测温术 ，对引力及地
球形状的研究，提出各种动力机的设想等工作与成就。《光论》
wenku.baidu.com
惠更斯首先发明了摆钟并对有关时计的若干种摆（单摆、复
摆、旋轮摆等）作了研究，这对当时天文与航行上所用和后来时
计的发展起了重要的作用。惠更斯是创建经典力学的先驱之一，
在研究钟摆、圆周运动、完全弹性体碰撞等问题中，他阐明了许
多动力学的概念和规律（摆的运动方程与周期、向心力与离心力、
摆动中心、转动惯量、简单情况下的动量及机械能守恒定律等）。
3、惠更斯原理的局限性：
只能定性解释直线传播、反射、折射、晶体双折
射等现象，不能定量计算和解释干涉、衍射现象。 即没有对光波的时空周期性、振幅和相位进行表述。
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惠更斯：(1) 波面
上的每一点都可看作 是一个新的子波源；
(2) 下一时刻，这些
子波的包迹构成新的 波面。
——1690年
解释不了光强分布！
Dsinq =1.22l 公式的物理意义和艾里斑的半角
宽度计算;
6. 熟练掌握平面衍射光栅的基本原理和应用，理 解光栅的分光原理, 掌握光栅方程、缺级和谱 线半角宽度的概念和计算;
7.了解晶体的 x 射线衍射布喇格方程 2dsinq = jl
的意义；
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惠更斯（1629～1695）Huygens，Christiaan
点发出的许多次波所形成的包络面，就是原波面在一定时间内
所传播的新波面；它适用于一切的波动。据此，惠更斯不但解
释了光的反射与（在各向同性介质中）光的折射定律和光的定
性的衍射现象，尤为精彩的是他用这一原理来定量说明了光在
单轴晶体如冰洲石中的双折射现象。原始的惠更斯原理“不能
说明及确定光衍射强度的定性分布”的不足之处 ，由后来菲
光波： l ~10-3 m m.
光的衍射现象有如下规律:
1、光在均匀的自由空间传播时，因光波面未受到限
制，则光沿直线传播；当遇到障碍物时，光波受限，
造成光强扩展、弥漫、分布不均匀并偏离直线传播而
出现衍射现象。
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2、光波面受限越厉害，衍射图样扩展越显著；光波 面在衍射屏上哪个方向受限，接收屏上的衍射图样就 在哪个方向扩展。