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,*,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,*,同学们好！,波的叠加原理,干涉现象,惠更斯,-,菲涅耳原理,衍射现象,二者关系？,一,.,衍射现象,光偏离直线传播路径进入几何阴影区，并形成光强非均匀稳定分布。,波遇到障碍物时，绕过障碍物进入几何阴影区。,14.3,惠更斯,-,菲涅耳原理,二,.,惠更斯,-,菲涅耳原理,成功：,可解释衍射成因，用几何法作出新的波面，推导反射、折射定律,不足：,不能定量说明衍射波的强度分布,1,、惠更斯原理,波面上的每一点均为发射子波的波源，这些子波的包络面即新的波阵面,障碍物,入射波,衍射波,球 面 波,平 面 波,介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前,.,惠更斯原理,O,2,、菲涅耳原理,对子波的振幅和相位作了定量描述,波面上各面元,子波源,r,P,S,d,S,n,空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果,合振动：,衍射本质：,子波的相干叠加,有限个分立相干波叠加,干涉,无限多个连续分布子波源相干叠加,衍射,倾斜因子：,子波：,三,.,衍射分类,菲涅耳衍射（近场衍射）：,夫琅和费衍射（远场衍射）,:,波源,障碍物,屏,无限远,无限远,即平行光衍射,信息光学（现代光学分支）,（或二者之一有限远）,波源,障碍物,屏,距离,有限,距离,有限,菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射,夫 琅 禾 费 衍 射,光源、屏与缝相距无限远,缝,在实验中实现,夫琅禾费衍射,菲 涅 尔 衍 射,缝,光源、屏与缝相距有限远,光的夫琅和费衍射,一,.,单缝夫琅和费衍射,1.,装置：,缝宽,a,:,其上每一点均为子波源，发出衍射光,衍射光线与波面法线夹角,小录象,中央明纹中心,P,处光强可由菲涅耳公式计算,介绍确定,P,光强的两种简便方法,2.,菲涅耳波带法（半定量方法）,对应的单缝,a,被分为,n,个半波带,.,A,2,A,1,2,.,.,.,A,3,.,.,C,A,B,a,x,f,P,A,4,对应中央明纹中心,n,为偶数：,两两相消，屏上相聚点为暗纹,n,为奇数,:,剩下一个半波带中的衍射光线未被抵消,对应的屏上相聚点为明纹中心,对应非明、暗纹中心的其余位置,.,A,2,A,1,2,.,.,.,A,3,.,.,C,A,B,a,x,f,P,A,4,I,sin,0,*,明暗纹条件：,中央明纹中心,各级明纹中心,暗纹,注意：,二者明暗纹条件是否相互矛盾,?,max,a,讨论：,双缝干涉中,明,暗,单缝衍射中,明,暗,中央明纹,一级明纹,二级明纹,一级暗纹,二级暗纹,三级暗纹,单缝衍射明暗纹条件中,k,值为什么不能取零？,暗纹公式中,为中央明纹中心，不是暗纹,明纹公式中,仍在中央明纹区内,不是明纹中心,计算衍射条纹角宽度,中央明纹中心,暗纹,明纹,中央明纹,其余明纹,计算衍射条纹线宽度,中央明纹,其余明纹,条纹亮度分布是否均匀，为什么？,中央明纹集中大部分能量，明条纹级次越高亮度越弱。,I,屏幕,中央明纹中心,:,全部光线干涉相长,一级明纹中心,:,二级明纹中心,:,由菲涅尔波带法：,衍射显著,光强太弱,衍射不明显,直线传播,白光照射，中央白色，其余明纹形成内紫外红光谱，高级次重叠,浸入液体中、条纹变密,单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？,越大，越大，衍射效应越明显,.,入射波长变化，衍射效应如何变化,?,单缝衍射的动态变化,单缝,上下,移动，根据透镜成像原理衍射图,不,变,.,单缝上移，零级明纹仍在透镜光轴上,.,若是平行光非垂直入射，得出光程差公式和明暗纹条件,a,a,中央明纹中心,暗,明,3.,振幅矢量叠加法（定量）,每条光线在屏上引起光振动振幅相等,将,a,划分为,N,个等宽,的狭窄波带，设每个波带,内能量集中于图中所示光线,两相邻光线相位差,两相邻光线光程差,(,见教材,),用多边形法则进行,N,个大小相等、,两两依次相差为,的光振动的叠加,令,即中央明纹中心处振幅,中央明纹光强,则,明纹：,暗纹：,请与半波带法比较,2.,条纹：,明暗相间同心圆环,中央亮纹：爱里斑,二、圆孔夫琅和费衍射,集中大部分能量,角宽度为其余明纹,2,倍,半角宽度：,S,*,1.,装置：,瑞利准则：,第一个象的爱里斑边沿与第二个象的爱里斑中心重合,恰能分辨,爱里斑,3,、光学仪器分辨率,物镜,圆孔,物点的象,衍射图样,光学显微镜,0.2,m,电子显微镜,扫描遂道显微镜,最小分辨角：,光学仪器分辨率,提高分辨率途径,小,录象,声纳起水下雷达的作用，现有一潜水艇停在水下,100,m,处，艇上声纳喇叭向前发射声波，习惯上以第一级衍射极小对应的张角为波的覆盖范围。现设潜水艇前上方海面有一敌舰，二者相距,1000,m,，,请你为潜水艇声纳设计一个喇叭，给出形状和尺寸，使该声纳使用,=10cm,声纳时，信号在水平方向覆盖范围张角为,60,度，同时不让敌舰收到信号。,练习：,解：,竖直方向,水平方向,喇叭为矩形：高,100 cm,宽,20 cm,