光的衍射-衍射第四章光的衍射DiffractionofOpticalWave主要内容§4.1标量衍射理论基础（§4.1.5）§4.2衍射和傅里叶变换（§4.2.2/§4.2.3）§4.3单孔的夫琅和费衍射（§4.3.5-2,3,4）§4.4衍射光栅（§4.4.2/§4.4.3/§4.4.4-1,2,4/§4.4.5）§4.5菲涅耳衍射（§4.5.3）§4.1标量衍射理论4.1.1衍射问题概述1.衍射现象水波的衍射现象.无线电波和声波的衍射现象.光波的衍射现象.OceanwavespassingthroughslitsinTelA...
第四章光的衍射DiffractionofOpticalWave主要内容§4.1标量衍射理论基础（§4.1.5）§4.2衍射和傅里叶变换（§4.2.2/§4.2.3）§4.3单孔的夫琅和费衍射（§4.3.5-2,3,4）§4.4衍射光栅（§4.4.2/§4.4.3/§4.4.4-1,2,4/§4.4.5）§4.5菲涅耳衍射（§4.5.3）§4.1标量衍射理论4.1.1衍射问题概述1.衍射现象水波的衍射现象.无线电波和声波的衍射现象.光波的衍射现象.OceanwavespassingthroughslitsinTelAviv,IsraelDiffractionoccursforallwaves,whateverthephenomenon.RadiowavesandAudiowavesdiffractaroundmountains.Whenthewavelengthiskmlong,amountainpeakisaverysharpedge!Anothereffectthatoccursisscattering,sodiffraction’sroleisnotobvious.(a)He-Ne激光束照射手持小球的衍射(b)电子束照射硫化锌晶体的衍射窗纱对路灯的衍射手指缝眼皮缝都可观察衍射(试试看)泊松点孔雀羽毛的黄、褐、绿、蓝四色形成“眼”。右下图为绿色区域的羽支横截面上的纳米尺度周期结构的显微照片，图中左上白色三角形为羽支中心部分。（复旦大学资剑教授提供）蝴蝶翅膀上的周期衍射结构衍射的定义◆衍射定义(1)：“广义来说，凡是不能用反射折射予以解释的光偏离直线传播的现象.”◆衍射定义(2)：“光波在传播过程中，由于受到限制（即空间调制）时所发生的偏离直线传播规律的现象”◆上述定义表明，衍射是光传播过程中的普遍现象。◆衍射与干涉的联系与区别？衍射是有条件的吗？光源衍射物观察屏衍射花样图1衍射包含三个基本要素光源，衍射物体和衍射图形衍射问题研究的历史回顾17世纪50年代,意大利学者格里马第(F.M.Grimaldi,1618-1663)首次注意到衍射现象。他发现光经过细棒等物体时，偏离了直线传播规律，在物体阴影边界附近形成了亮暗交替或彩色的条纹。衍射对波动学说确立有何意义？ChristiaanHuygens(1629-1695)Huygensextendedthewavetheoryofoptics.Herealizedthatlightsloweddownonenteringdensemedia.Heexplainedpolarizationanddoublerefraction.（1690）Huygens‘principlesaysthatawavepropagatesasifthewave-frontwerecomposedofanar-rayofpointsourceseachemittingasphericalwave.DoublerefractionThomasYoung(1773-1829)1.在1801年首先发现光的干涉现象,解释了薄膜的颜色.2.用干涉原理正确解释了阴影界面附近衍射条纹的成因,认为是透射光波和边界波之间的干涉3.首次测量了光波的波长.AugustinFresnel(1788-1827)1.didexperimentstoestablishthewavetheoryandderivedexpressionsforreflectedandtransmittedwaves.2.In1818,Huygens-FresnelprincipleAugustinFresnel 麦克斯韦MaxwellJamesClerk(1831～1879) 1873年,麦克斯韦在”电磁学”一书中提出了著名的麦克斯韦电磁理论,预言：电场和磁场相互作用的结果,可以向空间辐射,形成电磁波；光波是电磁波的一个波段。应用麦克斯韦方程组，基尔霍夫终于在1882年导出了计算衍射问题的基尔霍夫衍射积分公式。§4.1.2惠更斯-菲涅耳原理根据惠-菲原理建立的衍射公式平面波正入射照明和任意照明的情形4.1.3基尔霍夫衍射积分公式(1882年）何谓标量衍射理论？3．基尔霍夫公式的化简和推广与菲涅耳公式比较4.1.4菲涅耳衍射和夫琅和费衍射平面屏幕衍射模型1.菲涅耳近似和菲涅耳衍射2.夫琅和费近似和夫琅和费衍射衍射范围的划分衍射区的划分S远场区近场区Fresnel区直线投影区P1P2P3ZFraunhofer区第一讲作业4.1.5一维孔径的衍射（不讲）2.一维孔径的夫琅和费衍射最初，将“衍射”翻译为“绕射”，有何不妥？隔着大山可以听到中波段广播，而电视信号却很容易被山挡住，这是什么原因？观看远处的灯，有时会看到周围放射状光芒。有人说是瞳孔的衍射，因为瞳孔是多边形的。你认为这样解释对吗？“隔着门缝看人－把人看扁了”从波动光学角度分析，这句歇后语有道理吗？思考题1.为什么说衍射现象是光的波动性的必然结果？2.试分析光的干涉和光的衍射之间的共同性和差异性。3.从基尔霍夫公式(4-7)出发,导出菲涅耳衍射公式(4-16)和夫琅和费衍射公式(4-20)。4.从波动光学观点出发,说明薄凸透镜对入射光波的效应是什么?按照同一观点,说明柱面镜、小角度光楔对入射光波的效应。5.设计几种在有限距离观察夫琅和费衍射的光学装置。6.说明”在照明光源的共轭像面上可以观察到物体的夫琅和费衍射”这句话的正确性。思考题
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