第二章激光准直原理

第二章激光准直原理

第一节光的衍射现象

一切波动都能绕过障碍物向背后传播的性质。

例如：户外的声波可绕过树木，墙壁等障碍物而传到室内，无线电波能绕过楼房，高山等障碍物传到收音机、电视里等。

波遇到障碍物时偏离原来直线传播的方向的现象称为波的衍射

日常生活中的光的衍射现象不明显的原因？？？

-103

a

-10-2 10-1 a

-10-1 1 a 衍射现象不明显衍射现象显著逐渐过渡为散射

首先我们来做一个实验，让一单色强光源（激光）发出的光波，通过半径为P且连续可调的小圆孔后，则在小圆孔后的屏上将发现：当p足够大时，在原屏上看到的是

将逐渐扩展，弥漫。

光强出现分布不均匀，呈现出明暗相间的同心圆环，且圆环中心出现时亮时暗的变化。

个均与照明的光斑，光斑的大小为圆孔的几何投影。这与光的直线传播想一致。如图: 随着P的逐渐变小，屏上的光斑也逐渐减小，但当圆孔减小到一定程度时，屏上的光斑

光斑的扩展弥漫，说明光线偏离了原来的直线传播，绕过障碍物，这种现象称为光的衍射。

再来做一个实验，用一束激光照射宽度连续可调的竖直狭缝，并在数米外放置接受屏，也可以得到衍射图样。

逐渐减狭缝的宽度，屏上亮纹也逐渐减小，当狭缝的宽度小到一定程度，亮纹将沿于狭缝垂直的水平方向扩展。同时出现明暗相间的衍射图样，中央亮纹强度最大，两侧递减，衍射效应明显，缝宽越窄，对入射光束的波限制越厉害，则衍射图样扩展的越大，衍射效应越显著。

一、光的衍射定义：

光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象

二、产生条件：

障碍物的线度和光的波长可以比拟的时候

三、衍射规律：

1. 光在均匀的自由空间传播时，因光波波面未受到限制，则光沿直线传播。当遇到障碍

物时，光波面受限，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。

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，接受屏上

的衍射图样就在哪个方向扩展。

第二节惠更斯一一菲涅耳原理

一、惠更斯原理

1 •波面：等相位面

2.任何时刻波面上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，所有这些次波面的包络面形成整个波，在该时刻的新波面――“次波”假设。

能解释：

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。

、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.惠更斯一菲涅耳原理

波面S上的每个面积元dS都可以看成新的波源，们均发

出次波。波面前方空间某一点P的振动可以由

上所有面积元所发出的次波在该叠加后的合振幅来表示。

四个假设

① 所有次波都有相同的出相位（令

3.

②次波是球面波

dE cos(kr

r

t)

③dE p

ds

nr （相位差，光程差）

4.求P点光振动E的数学表达式:

dE dSKQcos(kr r t) dE(p) C K^^cos( kr- t)ds

r

K（）有性质：倾斜因子

K( ) ； K()

对于球面波或平面波，出相位可取为零，且倾斜因子:

K() 1 cos

它可以解释子波为什么不会向后退

2

波面上有一定振幅分别，分别函数为

A （Q ）

1 、」 dE C-A(Q)K( )cos(kr- t )ds

所以：

或dE(p ；C A(Q)K(府…ds r

菲涅耳衍射积分公式:

三、菲涅耳半波带 3.1菲涅半波带

这里以点光源为例来说明菲涅耳

-惠更斯原理的应用，在图 1-1中，0为点光源，S 为任一瞬时

的波面（球面），R 为其半径，为了确定光波到达对称轴上任一

P 点时波面S 所起的作用，以直线连

接0P 与球面相交于B1点，B1称为P 点对于波面的极点， 令PB1的距离为r,设想将波面分为许多环 形带，使由每两个相邻带的边缘到

P 点的距离相差为伴波长，即

在这种情况下，由任何相邻两带的对应部分所分的次波到达

们以相反的相位同时到达 P 点，这样分成的环形带叫菲涅耳伴带波。

3.2合振幅的计算

⑴一个半波带的贡献和第

N 个半波带对P 点的振幅贡献是:

K'是一个复常数

qN 是倾斜（方向）因子，随着N 从零增大到无穷，qN 自1下降至零。

SN 是第N 半波带的面积；rN 是P 至第N 半波带外缘的距离， 这里用 来代替平均距离。

E(p)二 dE(p)

s

Ce

A(Q)K( ) ikr

e r

A(Q)K( r

)e ikr ds ds

一般积分交困难，古分成两类。

B 1P B o P B 2P B 1P B 3P B 2P B A P B A 1 P

r

2

|E N | |K'| £

|K'|

q

N

P 点时的光程差为/2。亦即它