高等光学课件chap3

第三章衍射理论基础衍射是波动在传播途中遇到障碍物后所发生的偏离“直线传播”的现象。

“光的衍射”也可以叫作“光的绕射”，就是光可以“绕过”障碍物而在某种程度上传播到障碍物后面的阴影区。

对于声波和无线电波来说，由于它们的波长较长，在日常生活中可以很明显地感觉到它们的衍射现象；而光的衍射现象，由于光的波长较短，只有光通过很小的孔或狭缝时才能明显地观察到。

光的衍射现象，按光源、衍射孔（或屏障）和衍射场的位置三者之间的距离的大小，通常分为两种类型：一种叫菲涅耳（Fresnel）衍射，这是光源和衍射场或二者之一到衍射孔的距离都比较小的情况；另一种叫夫琅和费（Fraunhofer）衍射，这是光源与衍射场都在离衍射物无限远处的情况。

§3-1 惠更斯-菲涅耳原理惠更斯（Huggens）原理是描述波的传播过程的一个原理。

如图所示，设波源S在某一时刻的波阵面为Σ，Σ面上每一点都是一个次波源，发出球面波。

次波源在随后的某一时刻的包络面形成一个新的波阵面Σ’。

波面的法线方向就是波的传播方向。

这就是惠更斯原理。

只根据惠更斯原理是不能确定衍射花样的分布的。

菲涅尔在研究了光的干涉现象以后，考虑到次波来自同一光源，应该相干，因而波阵面Σ’上每一点的光振动应该是光源和该点间任意一个波面上发出的次波叠加的结果。

这样用干涉理论补充的惠更斯原理叫作惠更斯-菲涅耳原理。

据此我们可以建立一个单色波在传播过程中两个任意波阵面上光振动分布之间的关系。

我们现在来考察一个单色点光源M对于任意一点P的作用，如图所示。

根据惠更斯-菲涅尔原理，光源M 对P 点的作用可以看成M 与P 之间的任一个波面Σ上各点所发出的次波在P 点叠加的结果。

如果我们不考虑时间因子t j e ω，单色点光源M 在波面Σ上任一点Q 产生的光振动的复振幅可以表示为a 0e jkR /R （其中a 0是离点光源M 单位距离处的振幅，R 是波面Σ的半径）。

在波面Q 点取微元波面ds ，则ds 面元的次波源发出的次波在P 点产生的复振幅可以表示为ds re R e a K P dU jkrjkR ⋅=0)()(θ式中=r QP ，K (θ)为倾斜因子，表示次波的振幅随元波面法线和QP 的夹角θ而变(θ称衍射角)。

高中光学知识点总结ppt第一部分：光的传播1. 光的直线传播：光是以直线传播的，不受到障碍物的影响，而形成阴影。

这一原理在成像学中得到了广泛的应用，例如在相机、望远镜等光学仪器中。

2. 光的折射现象：当光从一个介质进入另一个介质时，由于介质的密度不同，导致光线的传播发生改变，这就是光的折射现象。

折射现象在光的导光器等光学器件中都发挥了重要作用。

3. 光的反射现象：当光线入射到一个介质表面上时，一部分光被反射，一部分光被折射，这就是光的反射现象。

反射现象在镜子、光学玻璃等器件中得到了广泛的应用。

4. 光的散射现象：当光线遇到介质内的不均匀粒子时，会发生光的散射现象，使得光线出现弯曲、偏折等现象。

这一现象在大气层中的光线散射、激光导引光等领域应用广泛。

第二部分：光的色散1. 光的色散现象：当光线通过介质时，由于不同波长的光在介质中传播的速度不同，导致光的发生色散现象，即不同波长的光线会具有不同的折射角度。

这一现象在光谱仪、分光计、色散棱镜等仪器中得到了广泛应用。

2. 光的偏振：当光线传播时，光的振动方向会发生变化，具有一定的振动特性。

这一性质在偏振镜、偏振片等光学器件中得到了广泛的应用。

第三部分：光的成像1. 光的成像原理：当光线通过透镜或反射镜时，会在焦点处形成清晰的像。

这一原理在相机、望远镜、显微镜等光学仪器中得到了广泛应用。

2. 透镜成像：透镜是一种能够成像的光学器件，根据透镜的形状、曲率等不同特性，可以实现不同的成像效果，例如放大、缩小、翻转等。

3. 反射镜成像：反射镜是一种利用光的反射原理成像的光学器件，根据反射镜的形状、表面特性等不同，在光学成像中也发挥了重要的作用。

第四部分：光的波动1. 光的波动特性：光具有波动特性，能够表现出干涉、衍射、偏振等现象。

这一特性在光学干涉仪、激光干涉仪、衍射光栅、偏振片等器件中得到了广泛的应用。

2. 光的波长和频率：光被认为是一种电磁波，具有一定的波长和频率，这一性质在波长和频率的测量、光的激发等领域得到了广泛应用。

《光学》全套课件CONTENTS •光的本质与传播•几何光学基础•波动光学基础•量子光学基础•非线性光学简介•现代光学技术发展趋势光的本质与传播01光的波粒二象性光的波动性质光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射等现象。

光的粒子性质光在与物质相互作用时表现出粒子性，如光电效应、康普顿散射等现象。

波粒二象性的统一光既具有波动性又具有粒子性，二者是统一的，可以用波函数来描述。

光在真空中传播的速度最快，约为3×10^8米/秒。

光在不同介质中传播速度不同，与介质的折射率有关。

折射率越大，光在该介质中传播速度越慢。

光在真空中的传播速度光在介质中的传播速度折射率与光速关系光的传播速度与介质关系光的直线传播与衍射现象光的直线传播光在同一种均匀介质中沿直线传播。

光的衍射现象光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会偏离直线传播方向，发生衍射现象。

衍射的种类根据障碍物或孔的尺寸不同，衍射现象可以分为夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射等。

光的偏振与旋光性光的偏振现象光波在某些方向上振动较强，而在另一些方向上振动较弱或没有振动的现象称为偏振。

偏振光的产生与检测通过偏振片可以获得偏振光，利用检偏器可以检测偏振光。

旋光性某些物质能使偏振光的振动平面发生旋转的现象称为旋光性，具有旋光性的物质称为旋光物质。

几何光学基础02光线与光束概念及分类光线定义表示光传播方向的几何线，忽略光的波动性质。

光束分类平行光束、发散光束、会聚光束等。

反射定律与折射定律应用反射定律入射光线、反射光线、法线在同一平面内，且入射角等于反射角。

折射定律入射光线、折射光线、法线在同一平面内，且入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。

透镜成像原理及性质分析透镜成像基本原理光线经过透镜后发生偏折，形成实像或虚像。

透镜性质分析焦距、焦度、透过率等参数对成像的影响。

光学仪器基本原理介绍望远镜利用透镜或透镜组来放大远处物体的视角，使远处物体看起来更近、更大。