第十三章光的衍射.ppt
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1、13.1 光波的标量衍射理论光波的标量衍射理论13.2 典型孔径的夫琅和费衍射典型孔径的夫琅和费衍射13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领光学成像系统的衍射和分辨本领13.5 多缝的夫琅和费衍射多缝的夫琅和费衍射13.6 衍射光栅衍射光栅13.8 菲涅耳衍射菲涅耳衍射第十三章 光 的 衍 射学习目的和要求学习目的和要求1 1、认识光的衍射现象,了解衍射与干涉的联系和区别。、认识光的衍射现象,了解衍射与干涉的联系和区别。2 2、阐明从惠更斯原理如何发展为菲涅尔原理,理解菲、阐明从惠更斯原理如何发展为菲涅尔原理,理解菲涅尔涅尔- -基尔霍夫衍射公式的意义,掌握菲涅尔衍射与夫基尔霍夫衍射公式的意义,
2、掌握菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射的近似条件。琅禾费衍射的近似条件。3 3、学会分析衍射光强分布问题的复振幅积分法、和半、学会分析衍射光强分布问题的复振幅积分法、和半波带法。波带法。4 4、掌握单缝夫琅禾费衍射的光强分布规律。、掌握单缝夫琅禾费衍射的光强分布规律。5 5、掌握圆孔夫琅禾费衍射的光强分布规律,理解光学、掌握圆孔夫琅禾费衍射的光强分布规律,理解光学仪器的分辨本领及有关计算。仪器的分辨本领及有关计算。6 6、掌握光栅方程,理解光栅分光性能、色散本领和分、掌握光栅方程,理解光栅分光性能、色散本领和分辨本领。了解闪耀光栅的工作原理。辨本领。了解闪耀光栅的工作原理。7 7、掌握圆孔的菲涅尔衍射规
3、律,认识菲涅尔波带片。、掌握圆孔的菲涅尔衍射规律,认识菲涅尔波带片。概述:概述:1、衍射现象、衍射现象2、衍射实验、衍射实验结论:光波偏离直线传播进入几何影区,影区边缘出现强度的强结论:光波偏离直线传播进入几何影区,影区边缘出现强度的强弱分布。弱分布。1、衍射的定义、衍射的定义光波在传播过程中遇到障碍物时,会偏离原来的传播方向弯入光波在传播过程中遇到障碍物时,会偏离原来的传播方向弯入障碍物的几何影区内,并在几何影区和几何照明区内形成亮暗障碍物的几何影区内,并在几何影区和几何照明区内形成亮暗相间的条纹,这种现象称为光的衍射。相间的条纹,这种现象称为光的衍射。2、发生衍射的原因、发生衍射的原因1)
4、波面发生了破损)波面发生了破损2)光波的复振幅发生了不均匀的变化)光波的复振幅发生了不均匀的变化3、衍射系统图、衍射系统图入射光波入射光波衍射屏(障碍物)衍射屏(障碍物)衍射图样衍射图样观察屏观察屏4、衍射三要素:入射光波、衍射屏、衍射图样。、衍射三要素:入射光波、衍射屏、衍射图样。衍射屏:导致衍射发生的障碍物,即能改变光波波面复振衍射屏:导致衍射发生的障碍物,即能改变光波波面复振幅分布的屏。用复振幅透射系数来表征其特征。幅分布的屏。用复振幅透射系数来表征其特征。导致衍射发生的障碍物即衍射屏的特性可用复振幅透射系数导致衍射发生的障碍物即衍射屏的特性可用复振幅透射系数t(x1,y1)表示:表示:
5、(x1,y1)代表衍射屏上的空间坐标。)代表衍射屏上的空间坐标。衍射系统基本装置:光源、衍射屏、接收屏。衍射系统基本装置:光源、衍射屏、接收屏。衍衍射射屏屏接接收收屏屏幕幕照明空间衍射空间5、衍射研究的问题:、衍射研究的问题:照明光场、衍射屏特性照明光场、衍射屏特性 观察屏上的衍射光场分布。观察屏上的衍射光场分布。衍射屏、观察屏上衍射光场的分布衍射屏、观察屏上衍射光场的分布 照明光场分布。照明光场分布。照明光场、要求的衍射光场分布照明光场、要求的衍射光场分布 设计、制造衍射屏。设计、制造衍射屏。关键问题:从一个面上的光场分布求取传播到另一个面上时的关键问题:从一个面上的光场分布求取传播到另一个
6、面上时的分布。分布。6 6、两类衍射:按光源、衍射开孔(或衍射屏)和观察屏、两类衍射:按光源、衍射开孔(或衍射屏)和观察屏(可以叫做衍射场)三者之间距离的大小,通常分为两种类型:(可以叫做衍射场)三者之间距离的大小,通常分为两种类型:菲菲涅涅尔尔(FresnelFresnel)衍衍射射,这这种种光光源源和和衍衍射射场场或或者者二二者者之之一一到到衍衍射射开孔(或衍射屏)的距离都比较小的情况;开孔(或衍射屏)的距离都比较小的情况;夫夫琅琅和和费费(FraunhoferFraunhofer)衍衍射射,这这种种光光源源与与衍衍射射场场都都在在离离衍衍射射物物无无限远处的情况。限远处的情况。7、两种研
7、究方法、两种研究方法SRQZZ,rP第一节:光波的标量衍射理论第一节:光波的标量衍射理论一、惠更斯原理一、惠更斯原理1、波阵面的形成、波阵面的形成2、波面的传播方向、波面的传播方向二、惠更斯二、惠更斯- -菲涅尔原理菲涅尔原理 波前外任一点的光振动应该是波面上所有子波相干叠加的结果。波前外任一点的光振动应该是波面上所有子波相干叠加的结果。 因单色点光源S对空间任一点P的作用,以波面 上各点发出的的子波在P点的相干叠加的结果替代。设S在波面 上任一点Q产生的复振幅为SRQZZrP惠更斯惠更斯-菲涅尔原理的数学表达式:菲涅尔原理的数学表达式:上上 大小的面元对大小的面元对P点的贡献为点的贡献为子波
8、振幅随面元法线与子波振幅随面元法线与QP的夹角的夹角 的变化的变化子波法线方向的振幅子波法线方向的振幅子波向子波向P点的球面波公式点的球面波公式菲涅耳还假设:菲涅耳还假设:实验证明这是错误的若若S发出的光源振幅为发出的光源振幅为A(单位距离处)(单位距离处),复振幅的总和为,复振幅的总和为 两类衍射的特点:两类衍射的特点:1、菲涅尔衍射菲涅尔衍射:光源或接收屏或两者距衍射屏有限距离,以光源或接收屏或两者距衍射屏有限距离,以致入射波的波面曲率不可略的衍射。致入射波的波面曲率不可略的衍射。特征:衍射光强的大小范围和形式随距离变化而变化。特征:衍射光强的大小范围和形式随距离变化而变化。说明:衍射问题
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