第二章-光的衍射PPT课件
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光的衍射现象PPT课件
(1)n1
An (P0 )]
1 2
Ak1(P0 )
(1)n1 An (P0 )
故，无论k是奇是偶，中心总是亮的
半波带法解释了圆孔、圆屏衍射的一些主要特征
第27页/共79页
3、 矢量图解法
若圆孔内包含的不是整数个半波带，则需要对每个半波 带进一步细化分。
对于第一个半波带
Nm M1
N2
N1
o
b
P0
第39页/共79页
它们是振幅相等的次波源，向多个方向发出次波。由于
接收屏位于L2的像方焦面上，角度 相同的衍射线会
聚于同一点 P
设入射光与光轴平行，则在波面AB上无位相差，单 缝上下边缘A、B到 P 的衍射线间的光程差为
L BN
设缝宽为a，则
L asin
如何求振动的合成？
第40页/共79页
（1）矢量图解法：
f (n ) 0,从而An 0
A(P0 )
1 2
A1 ( P0
)
自由传播时整个波前在 P0 产生的振幅是第一个半波带的效果之半
第25页/共79页
2）圆孔衍射： 当孔的大小刚好等于第一个半波带时， A(P0 ) A1(P0 ),即中心是亮点 若孔中包含两个半波带时， A(P0 ) A1(P0 ) A2 (P0 ) 0,即中心是暗点
由A点作一系列等长的 小矢量首尾相接，逐个 转过一个相同的角度， 最后到达B点。
C
R
B
R
A
共转过的角度为：
A
2 L 2 a sin
A 单缝衍射的矢量图解
A0
A：波前S对P处振动的贡献，取S 0，则小矢量 A连成的
折线化为圆弧，弧中心为C点,半径为R，圆心角为2
光的衍射(共27张PPT)
例题1
在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图所示 的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是（黑 线为暗线）（ D ） A．很小的不透明的圆板 B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板 C．很大的不透明的圆板 D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
二、双缝干涉与单缝衍射的比较
观察右图，并讨论单缝衍射与双缝干涉有何 不同点与相同点？讨论后完成下表：
思考与讨论
1.白光的单缝衍射条纹（形状、颜色分布）
有何特点？
2.由以上的几个实验，能否总结出光的衍
射条纹的宽度、亮度以及条纹间距与单缝 的宽度、光的波长的定性关系？ 3.为何缝越窄，条纹的亮度越低？
单缝衍射图样特征
1.白光单缝衍射条纹为中央为白色亮纹，两侧 为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近中央的内 侧为紫色。
障碍物时，光没有沿直线传播，而是绕
到障碍物后面去，形成明暗相间的条纹 的现象就叫做光的衍射现象。
思考与讨论
d=1.0 mm
d=0.6 mm
1.单色光圆孔衍射图样的条纹(形状、宽度、 亮度、间距）有何特征？ 2.圆孔衍射图样的条纹（宽度、亮度、间距） 与圆孔的大小有何关系？
圆孔衍射图样特征
d=1.0 mm
d=0.6 mm
1．条纹为圆形，中心亮纹大而亮，旁边 亮纹迅速的减弱减小。 2．圆孔越小，条纹越宽，间距越大，衍 射现象越明显，但亮度变低。
2.单缝衍射
【实验探究二】 利用单缝衍射观察片观察讲台桌上的红 光灯与蓝光灯的衍射现象，并讨论以下问题： 1.单色光的单缝衍射条纹（形状、宽度、亮 度、间距）有何特点？ 2.同一单缝的红光衍射条纹与蓝光衍射条纹 有何区别？ 3.同一种色光，单缝宽度不同衍射条纹（宽 度、亮度、间距）有何区别？
光的衍射(教学课件)(完整版)
只通过一条窄缝,则在光屏上可以看到(
)
A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是明条纹比原来暗些
B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央明条纹变宽些
C.只有一条与缝宽对应的明条纹
D.无条纹,只存在一片红光
答案:B
考点二：光的干涉和衍射的比较
解析:双缝为相干光源的干涉,单缝为光的衍射,且干涉和衍射的图样
不同。衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现明条纹,但衍射图样
（1）孔较大时——屏上出现清晰的光斑
ASLeabharlann 几乎沿直线传播学习任务一：光的衍射
4.圆孔衍射
（2） 孔较小时—
—屏上出现衍射花
样（亮暗相间的不
等间距的圆环，这
些圆环的范围远远
超过了光沿直线传
播所能照明的范围）
以中央最亮的光斑为圆心的逐
渐变暗的不等距的同心圆
学习任务一：光的衍射
4.圆孔衍射
（3）圆孔衍射图样的两个特点
答案:A
考点二：光的干涉和衍射的比较
解析:干涉条纹是等间距的条纹,因此题图a、b是干涉图样,题图c、d
是衍射图样,故A项正确,B项错误;由公式Δx=
λ可知,条纹宽的入射光
的波长长,所以题图a图样的光的波长比题图b图样的光的波长长,故C项
错误;图c的衍射现象比图d的衍射现象更明显,因此题图c图样的光的波
中央明条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹,干涉图样为等间隔的明
暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹,且亮度
迅速减弱,所以选项B正确。
祝你学业有成
2024年5月2日星期四1时48分21秒
S
学习任务一：光的衍射
2.光的明显衍射条件
)
A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是明条纹比原来暗些
B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央明条纹变宽些
C.只有一条与缝宽对应的明条纹
D.无条纹,只存在一片红光
答案:B
考点二：光的干涉和衍射的比较
解析:双缝为相干光源的干涉,单缝为光的衍射,且干涉和衍射的图样
不同。衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现明条纹,但衍射图样
（1）孔较大时——屏上出现清晰的光斑
ASLeabharlann 几乎沿直线传播学习任务一：光的衍射
4.圆孔衍射
（2） 孔较小时—
—屏上出现衍射花
样（亮暗相间的不
等间距的圆环，这
些圆环的范围远远
超过了光沿直线传
播所能照明的范围）
以中央最亮的光斑为圆心的逐
渐变暗的不等距的同心圆
学习任务一：光的衍射
4.圆孔衍射
（3）圆孔衍射图样的两个特点
答案:A
考点二：光的干涉和衍射的比较
解析:干涉条纹是等间距的条纹,因此题图a、b是干涉图样,题图c、d
是衍射图样,故A项正确,B项错误;由公式Δx=
λ可知,条纹宽的入射光
的波长长,所以题图a图样的光的波长比题图b图样的光的波长长,故C项
错误;图c的衍射现象比图d的衍射现象更明显,因此题图c图样的光的波
中央明条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹,干涉图样为等间隔的明
暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹,且亮度
迅速减弱,所以选项B正确。
祝你学业有成
2024年5月2日星期四1时48分21秒
S
学习任务一：光的衍射
2.光的明显衍射条件
光的衍射ppt课件
衍射光栅的原理与应用
详细阐述了衍射光栅的工作原理、制作方法和应 用领域，如光谱分析、光学测量等。
3
光的干涉与衍射的联系与区别
分析了光的干涉和衍射之间的内在联系和本质区 别，帮助学生更好地理解这两种光学现象。
学生自我评价报告分享
学习成果展示
学生们通过制作ppt、报告等形式，展示了自己在光的衍射课程学 习中所取得的成果，包括对基本概念的掌握、实验技能的提升等。
波动理论与衍射原理
波动理论
光是一种电磁波，具有波动性质，如 干涉、衍射等。
衍射原理
光波遇到障碍物或小孔时，会绕过障 碍物继续传播，形成新的波前，使光 偏离直线传播。
光源、波长与衍射关系
01
02
03
光源
点光源发出的球面波经障 碍物衍射后形成新的波前 。
波长
波长越长，衍射现象越明 显。对于同一障碍物，不 同波长的光产生的衍射程 度不同。
加强实验技能训练
鼓励学生们加强实验技能的训练，提高实验操作的准确性 和熟练度，培养自己的实践能力和创新精神。
拓展相关应用领域
引导学生们关注光学在各个领域的应用和发展动态，如光 通信、光计算、生物医学光学等，拓展自己的视野和知识 面。
THANKS
感谢观看
光的衍射ppt课件
• 光的衍射现象与原理 • 典型衍射实验及观察 • 衍射在生活中的应用 • 衍射在科学研究领域应用 • 现代技术中利用和控制衍射 • 总结与展望
01
光的衍射现象与原理
衍射现象及其分类
衍射现象
光在传播过程中遇到障碍物或小 孔时，偏离直线传播的现象。
分类
根据衍射程度的不同，可分为明 显衍射和菲涅尔衍射。
衍射后的光线被光检测器接收并转换成电信号，经过处理还原成声音或图像信息。
详细阐述了衍射光栅的工作原理、制作方法和应 用领域，如光谱分析、光学测量等。
3
光的干涉与衍射的联系与区别
分析了光的干涉和衍射之间的内在联系和本质区 别，帮助学生更好地理解这两种光学现象。
学生自我评价报告分享
学习成果展示
学生们通过制作ppt、报告等形式，展示了自己在光的衍射课程学 习中所取得的成果，包括对基本概念的掌握、实验技能的提升等。
波动理论与衍射原理
波动理论
光是一种电磁波，具有波动性质，如 干涉、衍射等。
衍射原理
光波遇到障碍物或小孔时，会绕过障 碍物继续传播，形成新的波前，使光 偏离直线传播。
光源、波长与衍射关系
01
02
03
光源
点光源发出的球面波经障 碍物衍射后形成新的波前 。
波长
波长越长，衍射现象越明 显。对于同一障碍物，不 同波长的光产生的衍射程 度不同。
加强实验技能训练
鼓励学生们加强实验技能的训练，提高实验操作的准确性 和熟练度，培养自己的实践能力和创新精神。
拓展相关应用领域
引导学生们关注光学在各个领域的应用和发展动态，如光 通信、光计算、生物医学光学等，拓展自己的视野和知识 面。
THANKS
感谢观看
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• 光的衍射现象与原理 • 典型衍射实验及观察 • 衍射在生活中的应用 • 衍射在科学研究领域应用 • 现代技术中利用和控制衍射 • 总结与展望
01
光的衍射现象与原理
衍射现象及其分类
衍射现象
光在传播过程中遇到障碍物或小 孔时，偏离直线传播的现象。
分类
根据衍射程度的不同，可分为明 显衍射和菲涅尔衍射。
衍射后的光线被光检测器接收并转换成电信号，经过处理还原成声音或图像信息。
光的衍射ppt课件完整版
详细阐述了光的衍射现象，包括衍射的定义、产 生条件、分类等，并通过公式和图示深入解释了 衍射的原理。
衍射实验演示与分析
通过实验演示了光的衍射过程，让学员直观感受 衍射现象，同时结合理论知识进行分析，加深学 员对衍射现象的理解。
衍射在光学领域的应用
介绍了衍射在光学领域的广泛应用，如光谱分析 、光学仪器制造等，让学员了解衍射在实际应用 中的重要性。
光的波动模型
光波是一种电磁波，具有振幅、频率 、波长等特性。光波的传播遵循波动 方程。
波动性与衍射关系解析
衍射现象
光波在传播过程中遇到障碍物或 孔径时，会偏离直线传播路径， 产生衍射现象。衍射是波动性的
重要表现。
衍射条件
衍射现象的发生与光的波长、障 碍物或孔径的尺寸以及光波的传 播方向有关。当波长较长、障碍 物或孔径尺寸较小时，衍射现象
预备工作要求
明确下一讲前需要完成的预习任务、实验操作等预备工作，确保学员能够顺利进入下一阶段的学习。
THANK YOU
该公式描述了光波在自由空间中传播时，遇到障碍物后的衍射光场分布。它是基于波动方 程的解，并引入了基尔霍夫的边界条件。
公式推导过程
从波动方程出发，利用格林函数和基尔霍夫的边界条件，可以推导出菲涅尔-基尔霍夫衍 射公式。具体过程涉及复杂的数学运算和物理概念的深入理解。
夫琅禾费衍射近似条件讨论
01
夫琅禾费衍射的定义
光的衍射ppt课件完整版
目 录
• 光的衍射概述 • 光的波动性与衍射关系 • 典型衍射实验介绍 • 衍射理论计算方法 • 现代光学中衍射技术应用举例 • 总结与展望
01
光的衍射概述
衍射现象及定义
衍射现象
光在传播过程中，遇到障碍物或 小孔时，光将偏离直线传播的途 径而绕到障碍物后面传播的现象 ，叫光的衍射。
衍射实验演示与分析
通过实验演示了光的衍射过程，让学员直观感受 衍射现象，同时结合理论知识进行分析，加深学 员对衍射现象的理解。
衍射在光学领域的应用
介绍了衍射在光学领域的广泛应用，如光谱分析 、光学仪器制造等，让学员了解衍射在实际应用 中的重要性。
光的波动模型
光波是一种电磁波，具有振幅、频率 、波长等特性。光波的传播遵循波动 方程。
波动性与衍射关系解析
衍射现象
光波在传播过程中遇到障碍物或 孔径时，会偏离直线传播路径， 产生衍射现象。衍射是波动性的
重要表现。
衍射条件
衍射现象的发生与光的波长、障 碍物或孔径的尺寸以及光波的传 播方向有关。当波长较长、障碍 物或孔径尺寸较小时，衍射现象
预备工作要求
明确下一讲前需要完成的预习任务、实验操作等预备工作，确保学员能够顺利进入下一阶段的学习。
THANK YOU
该公式描述了光波在自由空间中传播时，遇到障碍物后的衍射光场分布。它是基于波动方 程的解，并引入了基尔霍夫的边界条件。
公式推导过程
从波动方程出发，利用格林函数和基尔霍夫的边界条件，可以推导出菲涅尔-基尔霍夫衍 射公式。具体过程涉及复杂的数学运算和物理概念的深入理解。
夫琅禾费衍射近似条件讨论
01
夫琅禾费衍射的定义
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目 录
• 光的衍射概述 • 光的波动性与衍射关系 • 典型衍射实验介绍 • 衍射理论计算方法 • 现代光学中衍射技术应用举例 • 总结与展望
01
光的衍射概述
衍射现象及定义
衍射现象
光在传播过程中，遇到障碍物或 小孔时，光将偏离直线传播的途 径而绕到障碍物后面传播的现象 ，叫光的衍射。
光的衍射(高中物理教学课件)
祝你学业有成
2024年4月28日星期日8时20分57秒
单缝衍射
一.光的衍射
1.单缝衍射 条纹特点： ①中央宽两边窄、中央是亮 纹、明暗相间 ②波长一定时，单缝越窄， 中央亮纹越宽 ③缝宽一定时，波长越大， 中央亮纹越宽 ④白光的单缝衍射条纹中央 为亮纹且外侧呈红色,两侧 边缘为彩色条纹．这是衍射 中的色散现象。
一.光的衍射
红光单缝宽0.8mm
红光双缝间距0.18mm
例4.在单缝衍射实验中,下列说法不正确的是( B )
A.将入射光由黄光换成绿光,衍射条纹间距变窄 B.使单缝宽度变小,衍射条纹间距变窄 C.换用波长较长的光照射,衍射条纹间距变宽 D.增大单缝到屏的距离,衍射条纹间距变宽
典型例题
例5.抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细， 如图所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生 的条纹即可以判断细丝粗细的变化( AD) A.这里应用的是光的衍射现象 B.这里应用的是光的干涉规象 C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗 D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
05.光的衍射 图片区
问题：什么是波的衍射现象？ 答：波能够绕过障碍物继续传播的现象。 注意：一切波都能发生衍射，衍射是波特有的一 种现象
问题：产生明显衍射现象的条件是什么？ 答：只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相 差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的 衍射现象。 注意：要发生明显的衍射现象须满足上述条件， 当不满足上述条件时，衍射现象仍存在，只不过 是衍射现象不明显，不易被我们观察到.
但是，就在竞赛的关键时刻，评 委阿拉果在实验中观察到了这个亮斑， 这样，泊松的计算反而支持了光的波 动说。后人为了纪念这个有意义的事 件，把这个亮斑称为泊松亮斑，也称 为阿拉果亮斑。
第二章_光的衍射
a2
a4
奇数个半波带
a1
矢量a1的起点在某一水平 基线上，其余各矢量的起 点都与前一矢量的终点等 高，从基线指向最末一矢 量ak终点的即为合振动Ak 的振动矢量。
a3
a5 a6
a2
a4
Ak
偶数个半波带
20
应该说，把波面分成半波带是不够精细的，特别 是当包含的不是整数半波带，在用半波带来处理 就困难了。 这时可以将半波带进一步细分，如将第一个半波带分 成m个环带，则相邻半波带到P点的光程差为：
27
几个特例： 1、平行光入射，R, R hk 2、不用光阑，Rh, A
光沿直线传播
k r0
a1 2
3、仅露出一个半波带， A1 a 1
I1 4 I
二、圆屏衍射
当点光源发出的光通过圆屏（盘）衍射时,由于圆屏不 透明，被圆屏挡住部分的波面对轴线上p点的光强将 没有贡献。 如图 设圆屏遮蔽了开始的k个 半波带，从第k+1个半波 带开始，其余所有的半波 带所发出的次波都能到达 P点。
Q
四个假设：
①所有次波都有相同的初相位
②次波是球面波 dE r cos(kr t ) ③ dEp ④
2
1
ds
(相位差，光程差 )
, nr
K ( ) ：倾斜因子
0 ， K K m a x K ( ) ，K 0 2
l
(2)
r0
P
2 R ( R r0 ) 将（1）、（2）式分别微分得
ds 2 R sin d
2
sin d
ds rk 2 Rdr k R r0
光的衍射 课件
种类 项目
单缝衍射
双缝干涉
产生条件 只要狭缝足够小，任何光
不
都能发生
同
条纹宽度 条纹间距
条纹宽度不等，中央最宽 各相邻条纹间距不等
点
亮度 中央条纹最亮，两边最暗
频率相同的两列光 波相遇叠加 条纹宽度相等 各相邻条纹等间距 条纹清晰，亮度基 本相等
相 成因 都有明暗相同的条纹，条纹都是光波叠加时加
同
3．光的偏振 (1)偏振现象： ①自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包 含着在垂直于传播方向上沿 一切方向振动的光，而且沿各 个方向振动的光波的强度 都相同，这样的光叫做自然光。 ②偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，其振动方 向沿着偏振片的 透振方向，即在垂直于传播方向的平面上， 只沿着某一特定方向振动，这样的光称为偏振光。自然光 在玻璃、水面、木质桌面等表面的反射光和折射光都是 偏振 光，入射角变化时偏振的程度也有所变化。
偏振光
光的 直接从光源发出的光 自然光通过起偏器后的光
来源
光的 振动 方向
在垂直于光的传播方向 的平面内，光振动沿所 有方向，且沿各个方向 振动的光强度都相同
在垂直于光的传播方向的 平面内，光振动沿某一特 定方向(与起偏器的透振方 向一致)
2．偏振光的产生方式 (1)自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光和折 射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也会变化。自 然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适， 使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折 射光都是偏振光，且是完全偏振光，偏振方向相互垂直。
③只有横波才有偏振现象。 (2)偏振现象在生产生活中的应用： ①摄影中应用偏振光：为了消除反射光的影响，在镜 头前安装一片偏振片，让它的透射方向与反射光的偏振方 向垂直，阻挡了反射光进入镜头。 ②电子表的液晶显示屏：在两块透振方向互相 垂直的 偏振片当中插进一个液晶盒，液晶具有各向异性的属性， 特别是对偏振光经过液晶时，其振动方向会旋转90°，利 用这种特性控制光通过或不通过，从而显示数字的形状。
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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。
2021
13
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。
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。
2021
12
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。
是他的经典名著。
2021
4
§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
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）。
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
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》
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。
3
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
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。
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。
2021
14
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！
a b
B
窄
B
b'
2021
5
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
2021
6
‘光线’拐弯了！ 光的衍射现象
A
S
?
D < 0.1 m m
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；
2021
2
惠更斯（1629～1695）Huygens，Christiaan
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
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。
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：
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
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
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。
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。
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
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）。
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
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》
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
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。
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！
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
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
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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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（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
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。
菲涅耳补充：从同
一波阵面上各点发出 的子波是相干波。
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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
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2、四个假设：
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
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