光学-第二章-光的衍射讲课稿

第二章光的衍射（Diffraction of light）●学习目的通过本章的学习使得学生初步了解如何应用惠更斯—菲涅尔原理处理光的衍射问题；通过利用半波带法分析夫琅和费衍射光强分布的规律来进一步揭示光的波动性以及衍射现象在实际中的应用。

●内容提要1、理解惠更斯—菲涅尔原理，了解如何应用该原理处理光的衍射问题；2、掌握半波带法分析夫琅和费单缝衍射光强分布的规律，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响；3、理解光栅衍射及光栅光谱的形成过程；掌握光栅方程和光强分布曲线的规律，会分析光栅常数及波长对光栅衍射条纹分布的影响；4、理解夫琅和费圆孔衍射及瑞利判据，了解衍射现象对光学仪器分辨本领的影响，会计算透镜及光栅的分辨本领；5、理解X射线衍射的原理及布拉格公式的意义，会用它计算有关简单的问题。

●重点1、惠更斯—菲涅尔原理；2、半波带法分析夫琅和费单缝衍射光强分布的规律;3、光栅衍射及光栅光谱的形成过程●难点1、半波带法分析夫琅和费单缝衍射光强分布的规律2、光栅衍射及光栅光谱的形成过程●计划学时计划授课时间10学时●教学方式及教学手段课堂集中式授课，采用多媒体教学。

●参考书目1、《光学》第二版章志鸣等编著，高等教育出版社，第二、四、五章2、《光学。

近代物理》陈熙谋编著，北京大学出版社，第三章第一节 光的衍射现象一. 光的衍射实验装置一般地说，上面装置中波长λ～10-3a 或更大时，就能用肉眼观察到明显的衍射条纹。

透过手指缝看灯，也能看到衍射条纹。

二、定义光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象叫光的衍射。

三、分类1、菲涅耳衍射(Fresne l diffractio n)光源和观察屏（或二者之一）离衍射屏的距离有限时的衍射。

它也称近场衍射，其衍射图形会随观察屏到衍射屏的距离而变，情况较复杂。

2、夫琅禾费衍射(Fraunhofer diffraction)光源和观察屏都离衍射屏无限远时的衍射。

波面为球面的波动称为球面波，如点光源发出球面 波；
波面为平面的波动称为平面波，如平行光束；
波面为柱面的波动称为柱面波，如狭缝光源发出柱 面波；
一般情况下，波面与传播方向垂直。
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2、惠更斯原理
[表述]：任何时刻，波面上的每一个点都可作为新的 次波源而发出球面次波，在以后的任一时刻，所有次 波波面的包络面形成整个波动在该时刻的新波面。
3、衍射现象的出现与否，还决定于障碍物的线度和 波长的相对大小，只有障碍物的线度和波长可以比拟 时，衍射现象才明显地表现出来．
结论
对光而言，衍射是绝对的，直线 传播是相对的；直线传播仅是衍 射的一种近似。
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二、更斯原理
1、波面： 光波传播过程中，位相相同的空间各点的轨迹所构 成的曲面，即等相面，称为波阵面，简称波面。
是他的经典名著。
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§2. 1 惠更斯-菲涅耳原理
一、光的衍射现象：
1、机械波的衍射 不沿直线传播而绕过障碍物，沿各方向绕射的现象。 如声波、水波的衍射。
2、电磁波的衍射
不沿直线传播而绕过障碍物，继续传播的现象。如
无线电波（电视、广播）的衍射。
3、光波的衍射
A
E
直线传播 宽
衍射
E
A
a'
S
缝
S
惠更斯首先发明了摆钟并对有关时计的若干种摆（单摆、复
摆、旋轮摆等）作了研究，这对当时天文与航行上所用和后来时
计的发展起了重要的作用。惠更斯是创建经典力学的先驱之一，
在研究钟摆、圆周运动、完全弹性体碰撞等问题中，他阐明了许
多动力学的概念和规律（摆的运动方程与周期、向心力与离心力、

[教学难点]
菲涅耳半波带、光栅方程、光栅光谱
.
1
光的衍射
.
2
一、光的衍射现象
衍射——光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影
区,并在屏上出现光强不均匀分布的现象。同光的干涉 现象一样，是光的本质特性之一。
.
3
不同宽度的单缝衍射图样
.
4
单缝衍射
.
5
圆孔衍射
日常生活中为什么我们很容易观察到声波、无线电波的衍射， 而难以观察到光波的衍射呢？这是由于声波和无线电波的波长较 长（约几百米），自然界中存在这样尺度的障碍物或空隙（如墙、 山秋和建筑物等），容易表现出衍射现象；而光波的波长很短 （4000-7600Å )，自然界中通常不存在如此小的障碍物或空隙，光 主要表现出直线传播的特性。
如何从理论上解释光的衍射现象呢？
.
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二、Huygens-Fresnel原理
.
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惠更斯 — 菲涅耳原理 惠更斯 波阵面上各点都看成是子波波源
能定性解释光的传播方向问题
菲涅耳 波场中各点的强度由各子波在该点 的相干叠加决定
能定量解释衍射图样中的强度分布
波前上每个面元d都可以看成是新的振动中 心，它们发出次波。在空间某一点P的振动是 所有这些次波在该点的相干迭加。
相 邻 小 环 带 在 P 0 贡 献 的 振 动 位 相 差 m ,振 动 .的 合 成 用 矢 量 图 来 表 示
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其余的半波带同样处理，并考虑到倾斜因子 f ( ) 的影响， 半径将逐渐收缩，形成螺旋线
uur
M 1 Am
m
u ur
A1
u ur
u ur
A3
o u ur A 2

只通过一条窄缝,则在光屏上可以看到(
)
A.与原来相同的明暗相间的条纹,只是明条纹比原来暗些
B.与原来不相同的明暗相间的条纹,而中央明条纹变宽些
C.只有一条与缝宽对应的明条纹
D.无条纹,只存在一片红光
答案:B
考点二：光的干涉和衍射的比较
解析:双缝为相干光源的干涉,单缝为光的衍射,且干涉和衍射的图样
不同。衍射图样和干涉图样的异同点:中央都出现明条纹,但衍射图样
（1）孔较大时——屏上出现清晰的光斑
ASLeabharlann 几乎沿直线传播学习任务一：光的衍射
4.圆孔衍射
（2） 孔较小时—
—屏上出现衍射花
样（亮暗相间的不
等间距的圆环，这
些圆环的范围远远
超过了光沿直线传
播所能照明的范围）
以中央最亮的光斑为圆心的逐
渐变暗的不等距的同心圆
学习任务一：光的衍射
4.圆孔衍射
（3）圆孔衍射图样的两个特点
答案:A
考点二：光的干涉和衍射的比较
解析:干涉条纹是等间距的条纹,因此题图a、b是干涉图样,题图c、d
是衍射图样,故A项正确,B项错误;由公式Δx=

λ可知,条纹宽的入射光

的波长长,所以题图a图样的光的波长比题图b图样的光的波长长,故C项
错误;图c的衍射现象比图d的衍射现象更明显,因此题图c图样的光的波
中央明条纹较宽,两侧都出现明暗相间的条纹,干涉图样为等间隔的明
暗相间的条纹,而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹,且亮度
迅速减弱,所以选项B正确。
祝你学业有成
2024年5月2日星期四1时48分21秒
S
学习任务一：光的衍射
2.光的明显衍射条件