2022-2023学年高二物理竞赛课件：光波的标量衍射理论

光波的标量衍射理论 2 一、惠更斯－菲涅耳原理 1、惠更斯原理 ： 波前上每一个点都可看做是发出 球面子波的波源。 (1) 波阵面的形成， (2) 波面的传播方向。 光波通过圆孔的惠更斯作图法 光波的标量衍射理论 3 干涉和衍射的联系与区别： 从本质上讲干涉和衍射都是波的相干叠加，没有区别。 通常：干涉指的是有限多的子波的相干叠加， 衍射指的是无限多的子波的相干叠加， 二者常常同时存在。 例如，不是极细缝(当是极细缝时只用考虑干涉)情况下的双缝干涉，就应该既考虑双缝的干涉，又考虑单缝的衍射。 平行单色光照到一圆孔上，在孔板后不同处的面上观察光的不同特点 4 衍射现象的分类: 根据光源、衍射屏和观察屏三者之间的位置确定 5 上述的这种分类是从理论计算上考虑的。菲涅尔衍射是普遍，而夫朗和费衍射仅是它的一个特例； 由于夫朗和费衍射的计算要简单的多，因此把它单归一类； “远”和“近”与衍射孔径d及波长的相对大小有关： 1）对一定的，若d越小，衍射现象越明显。 2）对一定的d，若越小，衍射现象越不明显。 观察衍射现象一般都是在远处，且使 ～d（衍射现象明显）。 3)当/D→0时，波动光学  几何光学 6 惠更斯原理(1678年）不能说明在不同方向上波的强度分布 菲涅尔1818年将惠更斯的子波概念修正为： 1)波传到的任意点都是子波的波源； 2)各子波在空间各点进行相干叠加。 波所到达的任意点都可看作是能发出球面子波的波源，空间中任意点P的振动是包围波源的任意闭合曲面上发出的子波在该点的相干叠加 2、惠更斯－菲涅耳原理 点光源S对P点的作用 7 衍射问题变成了一个无限多光束的干涉问题 处理问题的关键：计算波源到各面元之间及各面元到场点之间的光程差 波阵面外任一点光振动应该是波面上所有子波相干叠加的结果。 8 子波向P点的球面波公式 子波振幅 子波振幅随q角的变化  · · p dE(p) r Q d S(波前) 设初相为零 n 离点光源单位距离处的振幅 9 当q = 0 时，K(q)=Max, q= p/2 时，K(q)=0. 菲涅尔假设： 求解此公式主要问题：C、K(q)没有确切的表达式。 10 11 当光线接近于正入射时 将近似条件代入得到菲涅耳－基尔霍夫衍射近似公式 12 基尔霍夫衍射公式的近似 孔径 S的衍射 (1) (2)在振幅项中 1、傍轴近似：衍射孔径的线 度和观察屏考察范围比观 察屏到孔径距离小得多 cos(n,r)=cos1 $