光的衍射ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光的衍射,光的衍射,第五章,diffraction of light,chapter 5,本章内容,本章内容,Contents,chapter 5,惠更斯,-,菲涅耳原理,Huygens-Fresnel principle,单缝的夫琅禾费衍射和矩孔衍射,Fraunhofer diffrraction,at rectangular aperture and the slit,夫琅禾费圆孔、圆环和多边形孔衍射,Franhofer,diffraction at various form apertures,光栅衍射,grating diffraction,光学仪器的分辨本领,resolving power of,optical instruments,振幅型平面透射光栅,amplitude transmitted grating with,array of parallel equidistant slits,光栅和棱镜光谱仪的特性,spectrometer,character,of grating and lens,菲涅耳衍射,Fresnel diffraction,波带片,zone plate,本章内容,Contents,chapter 5,手指缝 眼皮缝都可观察衍射,(,试试看,),门缝里看人一定是扁的吗？,泊松点,CH 5-1,光 的 衍 射,diffraction of light,衍射：波在传播过程中遇到障碍物偏离几何路,径传播（进入几何阴影区）的现象,光源,衍射物,观察屏,衍射花样,图,1,1,光的衍射,凡是不能用反射折射予以解释的光偏离直线传播的现象,一,.,1.,衍射与干涉一般是同时存在的,共同本质 形式上区别,2.,衍射是一切波动固有的特性,障碍物限度与,的比,3.,引起衍射的障碍物分,振幅型,孔 缝,位相型,光学厚度,nh,不均匀的玻璃板,只要以某种方式使波前或位相发生变化,引入空间,不均匀性,这种不均匀性的特征限度与,在一定范围,4.,若,/,a,趋于零,衍射现象消失,几何光学是,/,a,趋于零,的极限情况,二,.,衍射屏和屏函数,障碍物,衍射屏,复振幅透射函数,屏函数,-,瞳函数,振幅型,只改变振幅,位相型,只改变位相,例如 孔,(,圆,矩,缝,),波前,衍射屏,三,.,菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射,光源或接收屏距离衍射屏为有限远,-,菲涅耳衍射均满足傍轴近似,光源或接收屏距离衍射屏都相当于无限远,衍射物上的入射波和衍射波都可看成平面波,夫琅禾费衍射均满足远场近似,光源,障碍物,接收屏,光源,障碍物,接收屏,菲,涅耳衍射,夫,琅禾费衍射,1,源和场点均满足傍轴近似 但不满足远场近似,源点和场点,均满足远场近似,2,源和场点或而者之一在有限远,源和场点均在无限远,3,非平行光衍射,平行光衍射,4,光源和接收平面,非物像共轭面,光源和接收平面,为物像共轭面,衍射分类的几种表述,CH5-2,惠更斯菲涅耳原理,THE HUYGENS-FRESNEL PRINCIPLE,1,),波传到的任意点都是次波的中心,2,),包围光源的任一波前上各次波在空间各点 进行相干叠加,概括为：,波面上各点均是相干次波源,惠菲原理提供了用干涉解释衍射的基础,菲涅耳发展了惠更斯原理,从而深入认识了衍射现象,惠更斯菲涅耳原理,惠更斯,-,菲涅耳原理,对于点光源发出的球面波，初相位可取为零，且倾斜因子,1.P,点位相计算,/2,的相位差,不影响衍射图样（强度分布）,2.,解决倒退波问题,原菲涅尔设,光源,S,基尔霍夫衍射积分,数学上证明,:,光场中任一点,P,的扰动,可以通过曲面积分,用包围该点任一闭和曲面上的场值及梯度值表出,1.,开口处光场及其梯度值与无屏时同,忽略屏对入射场的影响,2.,紧贴屏后,(,1,),处无扰动,光场及光,场梯度值为零,忽略入射场在不透光屏后的扩展,基尔霍夫边界条件,基尔霍夫衍射公式,基尔霍夫边界条件是不自洽,严格的衍射理论,-,矢量衍射理论,标量衍射理论,:,衍射孔径远大于波长,;,观察点与,孔径的距离远大于波长,精确,CH 5-3,狭缝和矩孔的夫琅禾费衍射,FRAUNHOFER DIFFRRACTION AT RECTANGULARAPERTURE AND THE SLIT,夫琅禾费单缝衍射和矩孔衍射,单缝夫琅和费衍射,光强,光源在透镜,L,1,的物方焦平面,接收屏在,L,2,象方焦平面,一、实验装置及花样,单缝处波面看作无穷多个相干波源,P,点是,(,无穷,),多光束干涉的结果,中央亮纹,思考：若将缝向上平移 如图 衍射花样怎么分布？,负一级,正一级,思考,Intensity,单缝衍射光强分布计算模拟结果,二,.,衍射光强分布公式,菲涅耳,-,基尔霍夫公式,单缝复振幅,透过率函数,与缝中心光线的光程差,屏上,P,点的场,积分得到,P,点场分布,P,点光强,当 时，中央明条纹中心,O,处的光强：,则屏幕上,P,点的光强 为：,它给出单缝衍射图样相对光强分布情况。,暗条纹中心位置满足：,即：,或,光强极大的地方应满足：,即,：,中央亮斑半角宽度（近轴近似）,各级明条纹,的光强比为：,可见单缝衍射光强集中在中央零级明条纹处,圆心角是,边缘光线的相位差,中央亮纹,任一衍射角处的强度：,可以用中央亮纹强度来表示,用旋矢法求解强度分布,将AB,波面等分成,N,份，相邻两波面,的光程差：,相位差,：,引入,：,振幅矢量图法,暗纹,边缘光线的光程差,1.,具体作法,若,奇数 个 半波带,亮纹,(,次极大,),偶数个半波带,2.,暗纹条件,相邻半波带的相对应点,光程差均是,/2,菲涅耳半波带法,据菲涅耳,-,基尔霍夫衍射积分,近轴近似 接收屏上任一点,P,的复振幅,.夫琅禾费矩孔衍射,1),每一方向的相对光强分布相当于等于,此方向孔径宽度的单缝衍射图样,;,2),能量主要分布于中心衍射斑,随距中,心点距离增大而迅速减小,;,3),衍射图样被两族,y,轴平行的消光暗线网所分割,.,傍轴近似下角度表示,4),x,y,方向的中央半角宽度,各此极强的角宽度,