菲涅尔原理-基尔霍夫衍射理论.ppt

§5－1惠更斯－菲涅尔原理
菲涅尔原理-基尔霍夫衍射理论
§5－1惠更斯－菲涅尔原理
一、惠更斯原理：
1690年，惠更斯在其著作《论光》中提出假设：“波前上的每一个面元都可以看作是一个次级扰动中心，它们能产生球面子波”，并且：“后一时刻的波前的位置是所有这些子波前的包络面。”
这里，“波前”可以理解为：光源在某一时刻发出的光波所形成的波面（等相面）。“次级扰动中心可以看成是一个点光源”，又称为“子波源”。
菲涅尔原理-基尔霍夫衍射理论
§5－1惠更斯－菲涅尔原理
波动具有两个基本性质，一方面，它是扰动的传播，一点的扰动能够引起其它点的扰动，各点相互之间是有联系的。另一方面，它具有时空周期性，能够相干迭加。
惠更斯原理中的“次波概念反映了上述前一基本性质，这是其成功的地方。但“时空周期性”并没有反映。
利用惠更斯原理，可以说明衍射的存在，但不能确定光波通过衍射屏后沿不同方向传播的振幅，因而也就无法确定衍射图样中的光强分布。
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§5－1惠更斯－菲涅尔原理
二、惠更斯－菲涅耳原理
　此是研究衍射现象的理论基础：
波动具有两个基本性质：
1、波动是扰动的传播，一点的扰动能够引起其它点的扰动，各点的扰动相互之间是有联系的；
2、波动具有时空周期性，能够相干叠加。
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§5－1惠更斯－菲涅尔原理
在惠更斯原理中，由于缺少对时空周期性的反映，从而对各次波如何叠加问题就不能给出令人满意的回答。
1818年，在巴黎科学院举行的以解释衍射现象为内容的有奖竞赛会上，年青的菲涅耳出人意料地取得了优胜，他吸收了惠更斯提出的次波概念，用“次波相干迭加”的思想将所有衍射情况引到统一的原理中来,这个原理就是惠更斯菲涅耳原理。
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§5－1惠更斯－菲涅尔原理
惠更斯--菲涅耳原理
其内容如下：
如图5-3所示：
“波前上任何一个未受阻挡的点都可以看作是一个频率（或波长）与入射波相同的子波源；在其后任何地点的光振动，就是这些子波叠加的结果。”
s为点波源，∑为从S发出的球面波在某时刻到达的波面，P为波场中的某个点。要问，波在P点引起的振动如何？
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§5－1惠更斯－菲涅尔原理
由惠更斯—菲涅耳原理知：
应该把∑面分割成无穷多的面元d ∑ ，把每个面元d ∑看成发射次波的波源，从所有面元发射的次波将在P点相遇。
一般说来，由各面元d ∑到P点的光程是不同的，从而在P点引起的振动位相不同，P点的总振动就是这些次波在这里相干叠加的结果。
以上就是惠更斯－菲涅耳原理的基本思想
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§5－1惠更斯－菲涅尔原理
惠更斯－菲涅耳原理可以表述如下：
波前上每一个面元都可看成是新的振动中心，它们发出次波（频率与入射波相同）;
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。
是相干叠加→复振幅叠加
如图所示。点光源S在波面∑’　
上任一点Q产生的复振幅为
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§5－1惠更斯－菲涅尔原理
式中，A是离点光源单位距离处的振幅，
R是波面∑’的半径。
在Q点处取面元dσ，面元发出的子波在P点产生的复振幅与在面元上的复振幅 、面元大小和倾斜因子K(θ)成正比。
面元dσ在P点产生的复振幅可以表示为
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K(θ)表示子波的振幅随面元法线与QP的夹角θ的变化。（ θ称为衍射角）
c为一常数,r=QP。
菲涅耳假设：当时θ=0 ，倾斜因子K有最大值，随着增加θ↑ ，K减小，
当θ≥π/2时，K=0。
对P点产生作用的将是波面∑’中界于z z’范围内的波面∑上的面元发出的子波。
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