傅里叶光学 波动光学理论基础 .ppt

*/66 7 屏函数 衍射屏的作用是使入射场转换为透射场（或反射场）。用函数表示，就是透过率或反射率函数，统称屏函数 衍射屏函数 二 基本概念 */66 屏函数的模。模为常数的衍射屏称为位相型的 ，如透镜、棱镜等 屏函数的幅角即位相。幅角为常数的衍射屏称为振幅型的 ，如单缝、圆孔等 二 基本概念 */66 知道了衍射屏的屏函数，就可以确定衍射场，进而完全确定接收场 但由于衍射屏的复杂性以及衍射积分求解的困难，完全确定屏函数几乎是不可能的，只能采取近似方法获取衍射场的主要特征 了解屏函数的位相后，则能通过研究波的位相改变来确定波场的变化。这种方法称为相因子判断法 一般都是在傍轴近似下进行判断 二 基本概念 现代光学基础，钟锡华编著，北京大学出版社 2003.8 (2005.10) */66 8　衍射的巴卑涅原理（Babinet Prenciple） 若一个衍射屏的开孔部分与另一个衍射屏的不透明部分准确对应，则称这对衍射屏为互补屏 由于自由光场U(P)较容易得到，因此，如果已经求得一孔径的衍射场，则可应用巴卑涅原理求得其互补屏的衍射场，如，可由单缝求得细丝，也可以由圆孔求得圆盘等 二 基本概念 */66 第四章　波动光学理论基础 引言 基本概念 惠更斯-菲涅耳原理 基尔霍夫衍射公式 */66 Augustin Jean Fresnel 菲涅耳 ( 1788 ~ 1827 ) 　1815年，菲涅耳向科学院提交了关于光波的衍射的第一份研究报告，给予惠更斯原理以明确的物理意义 三 惠更斯-菲涅耳原理 1　引言 */66 菲涅耳基本上是光波动理论的老大了，很多的基础性工作都是他做的，牛的一塌糊涂 菲涅耳最早的时候跟阿拉戈一起做研究，阿拉戈从杨那儿知道了光是横波的猜想，就告诉了菲涅尔，然后两人就根据这个猜想作了一大堆的工作，包括光的偏振，双折射理论，然后就该发表文章了，可是当时统治光学理论的是以太学说，按照理论，稀薄的以太是不可能有横波的，于是阿拉戈愣是没敢在文章上署名 三 惠更斯-菲涅耳原理 */66 三 惠更斯-菲涅耳原理 圆屏衍射 不得不提的泊松圆盘 */66 2　惠更斯-菲涅耳原理 s s s’ s’ r = vt 波前上每一个面元都看作一个次级扰动中心 它们能产生球面子波 并且后一时刻的波前位置是所有这些子波的包络面 三 惠更斯-菲涅耳原理 */66 平 面 波 u?t t t+?t 球 面 波 t O t+?t t 三 惠更斯-菲涅耳原理 */66 　　设波前上任一面元dS对场点P贡献的次级扰动dU(P)，则场点总扰动U(P)按惠更斯菲涅耳原理应描述为 　　基于物理上的若干基本考虑，菲涅耳进一步给出了决定dU(P)之诸多因素 三 惠更斯-菲涅耳原理 */66 波前上作为次波源的面积分 次波源自身的复振幅 次波源发射球面波到达场点 　倾斜因子，用以表明次波源的发射并非各向同性 三 惠更斯-菲涅耳原理 */66 　　这是波面传播的因果关系，已知源点情况，探求观察点情况 ? · p dU(p) r Q dS S(波前) n · 三 惠更斯-菲涅耳原理 */66 Huygens 原理不能解释空间中光波的强度分布，同时由于子波是球面波，因此按照Huygens 原理会出现后退波，与事实不符 Fresnel提出子波在空间中遵从线性迭加，并且是带权重的迭加，权重是子波波源到观察点的倾斜因子 衍射与干涉的关系：衍射是无限个子波的迭加干涉 在数学处理上--- 干涉 有限个波的迭加：双光波、多光波 衍射 无限个波的迭加 三 惠更斯-菲涅耳原理 */66 3 类比方法 　　　惠更斯提出光的波动学说从方法论上讲，是因为他应用了一种很有创造思维方法：类比法 　　　我们对声音在空气中传播所知道的一切，可能会导致我们理解光传播的方式。这真是一个绝妙的类比 三 惠更斯-菲涅耳原理 */66 黑格尔：类推的方法很应分地在经验科学里占很高的地位，而且科学家也曾领先这种类推方式获得很重要的成果 康德：每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往能指引我们前进 爱因斯坦：在物理学上往往看出了表面上互不相关的现象之间相互一致之点而加以类推，结果竟得到很重要的进展 三 惠更斯-菲涅耳原理 */66 热质说把热与流体类比 库仑定律中把静电与万有引力类比 卢瑟福将原子结构与太阳系类比 德布罗意将玻尔的量子条件与机械波类比 三 惠更斯-菲涅耳原理 */66 第四章　波动光学理论基础 引言 基本概念 惠更斯-菲涅耳原理 基尔霍夫衍射公式 */66 四 基尔霍夫衍射公式 1　引言 矢量波衍射理论 Vector Wave Diffraction 矢量场 麦克