衍射原理實(shí)用PPT課件PPT課件

1、本章內(nèi)容Contentschapter 2惠更斯惠更斯 - - 菲涅耳原理菲涅耳原理Huygens-Fresnel principle單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射和矩孔衍射單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射和矩孔衍射Fraunhofer diffrraction at rectangular aperture and the slit夫瑯禾費(fèi)圓孔、圓環(huán)和多邊形孔衍射夫瑯禾費(fèi)圓孔、圓環(huán)和多邊形孔衍射Franhofer diffraction at various form apertures光柵衍射光柵衍射grating diffraction 第1頁(yè)/共18頁(yè)衍射：波在傳播過(guò)程中遇到障礙物偏離幾何路衍射：波在傳播過(guò)程中

2、遇到障礙物偏離幾何路 徑傳播（進(jìn)入幾何陰影區(qū)）的現(xiàn)象徑傳播（進(jìn)入幾何陰影區(qū)）的現(xiàn)象光源光源衍射物衍射物 a觀察屏觀察屏衍射花樣衍射花樣圖圖11 光的衍射光的衍射 凡是不能用反射折射予以解釋的光偏離直線傳播的現(xiàn)象凡是不能用反射折射予以解釋的光偏離直線傳播的現(xiàn)象一.第2頁(yè)/共18頁(yè) 一切波都能發(fā)生衍射，通過(guò)衍射把能量傳一切波都能發(fā)生衍射，通過(guò)衍射把能量傳到陰影區(qū)域，能夠發(fā)生明顯衍射的條件是：到陰影區(qū)域，能夠發(fā)生明顯衍射的條件是：障礙物或孔的尺寸跟波長(zhǎng)差不多障礙物或孔的尺寸跟波長(zhǎng)差不多機(jī)械波的衍射一般比較明顯， 如：聲波的衍射 （隔墻有耳） 聲波的波長(zhǎng) （）：1717m-1.7cm m-1.7cm

3、光波的衍射一般不明顯，（ ：0.70.7 m 0.4m 0.4 mm) ) 故此時(shí)可粗略地認(rèn)為：光是沿直線傳播的第3頁(yè)/共18頁(yè)縫較大時(shí)，光是直線傳播的縫很小時(shí)，衍射現(xiàn)象明顯陰陰影影屏幕屏幕屏幕屏幕第4頁(yè)/共18頁(yè)第5頁(yè)/共18頁(yè)第6頁(yè)/共18頁(yè)第7頁(yè)/共18頁(yè)1.1.衍射與干涉一般是同時(shí)存在的衍射與干涉一般是同時(shí)存在的 共同本質(zhì)共同本質(zhì) 形式上區(qū)別形式上區(qū)別2.2.衍射是一切波動(dòng)固有的特性衍射是一切波動(dòng)固有的特性障礙物限度與障礙物限度與 的比的比3.3.引起衍射的障礙物分引起衍射的障礙物分振幅型振幅型孔孔 縫縫位相型位相型光學(xué)厚度光學(xué)厚度nh不均勻的玻璃板不均勻的玻璃板只要以某種方式使波前或

4、位相發(fā)生變化只要以某種方式使波前或位相發(fā)生變化引入空間引入空間不均勻性不均勻性, ,這種不均勻性的特征限度與這種不均勻性的特征限度與 在一定范圍在一定范圍4.4.若若 / /a趨于零趨于零衍射現(xiàn)象消失衍射現(xiàn)象消失幾何光學(xué)是幾何光學(xué)是 / /a趨于零趨于零 的極限情況的極限情況第8頁(yè)/共18頁(yè) 惠更斯原理：在波的傳播過(guò)惠更斯原理：在波的傳播過(guò)程中，波陣面（波面）（相位相程中，波陣面（波面）（相位相同的點(diǎn)構(gòu)成的面）上的每一點(diǎn)都同的點(diǎn)構(gòu)成的面）上的每一點(diǎn)都可看作是發(fā)射子波（次波）的波可看作是發(fā)射子波（次波）的波源，在其后的任一時(shí)刻，這些子源，在其后的任一時(shí)刻，這些子波的包跡就成為新的波陣面。波的包跡

5、就成為新的波陣面。平面波t+ t時(shí)刻波面u t波傳播方向t 時(shí)刻波面球面波 tt + t第9頁(yè)/共18頁(yè) 波 的 衍 射 水波的衍射 惠更斯原理可定性地說(shuō)明衍射現(xiàn)象惠更斯原理可定性地說(shuō)明衍射現(xiàn)象，但不能解釋光但不能解釋光的衍射圖樣中光強(qiáng)的分布。也就是的衍射圖樣中光強(qiáng)的分布。也就是波的傳播過(guò)程，可以看作是次波中次波中心心不斷地衍生衍生出新的次波次波的過(guò)程第10頁(yè)/共18頁(yè)1) ) 波傳到的任意點(diǎn)都是次波的中心波傳到的任意點(diǎn)都是次波的中心2) ) 包圍光源的任一波前上各次波在空間各點(diǎn)包圍光源的任一波前上各次波在空間各點(diǎn) 進(jìn)行相進(jìn)行相干疊加干疊加 概括為：概括為： 波面上各點(diǎn)均是相干次波源波面上各點(diǎn)

6、均是相干次波源 惠菲原理提供了用干涉解釋衍射的基礎(chǔ)惠菲原理提供了用干涉解釋衍射的基礎(chǔ) 菲涅耳發(fā)展了惠更斯原理菲涅耳發(fā)展了惠更斯原理 從而深入認(rèn)識(shí)了衍射現(xiàn)象從而深入認(rèn)識(shí)了衍射現(xiàn)象惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理第11頁(yè)/共18頁(yè)從同一波陣面上各點(diǎn)所發(fā)出的子波，經(jīng)傳播而在空間某點(diǎn)相遇時(shí)，也可相互疊加產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。若取時(shí)刻波陣面上各的子波初相為零，在P 點(diǎn)引起的t=0dSrCEd( )tcos2=KdS()r點(diǎn)發(fā)出則面元光振動(dòng)為：dEdSrP.S( )dd cos()KESkrtrn第12頁(yè)/共18頁(yè)CEdr( )tcos2=KdS()rC比例常數(shù)。傾斜因子。( )K當(dāng)( )K 所以，惠更斯什么不向

7、后傳的問(wèn)題，這是惠更斯原理所無(wú)法解釋的。菲涅耳原理解釋了波為第13頁(yè)/共18頁(yè)CEdr( )tcos2=KdS()rP點(diǎn)的光振動(dòng)（惠更斯原理的數(shù)學(xué)表達(dá)）為：StkrSrQAKCEde)()()( i( )2( )( )cos()dSA QE pCKtSr)(*)(2PEEEPIP點(diǎn)光強(qiáng)：第14頁(yè)/共18頁(yè)菲涅耳- -基爾霍夫衍射積分公式 基爾霍夫?qū)Ψ颇姆e分公式作了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)論證，得到以下結(jié)論： （1 1）確定了積分常數(shù)和傾斜因子的表達(dá)式/2iieC )cos(cos21)(0K0nPQdrR)(PUd/201( )( )(coscos )ds2iikreeE pAr第15頁(yè)/共18頁(yè)衍射的分類遠(yuǎn)場(chǎng)衍射遠(yuǎn)場(chǎng)衍射(2) (2) 夫瑯禾費(fèi)衍射夫瑯禾費(fèi)衍射光源光源S S、衍射屏、衍射屏R R、觀察屏觀察屏P,P,只要有只要有兩者為有限遠(yuǎn)兩者為有限遠(yuǎn)(1) (1) 菲涅耳衍射菲涅耳衍射 *S衍射屏衍射屏R觀察屏觀察屏Pa 10 - 3 a *S衍射屏衍射屏觀察屏觀察屏L L光源光