医学专题一惠更斯-菲涅耳原理.ppt

同学同学(tng xu)(tng xu)们好！们好！第一页，共三十六页。波的叠加原理波的叠加原理干涉现象干涉现象惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理衍射现象衍射现象二者关系二者关系？一一.衍射衍射(ynsh)(ynsh)现象现象光偏离直线传播路径进入光偏离直线传播路径进入(jnr)几几何阴影区，并形成光强非均匀稳何阴影区，并形成光强非均匀稳定分布。定分布。波遇到障碍物时，绕过障碍物波遇到障碍物时，绕过障碍物进入几何阴影区。进入几何阴影区。14.3 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理(yunl)(yunl)(yunl)(yunl)第二页，共三十六页。第三页，共三十六页。二二.惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理(yunl)(yunl)成功：成功：可解释衍射可解释衍射(ynsh)成因，用几何法作出新的波成因，用几何法作出新的波面，推导反射、折射定律面，推导反射、折射定律不足不足(bz)：不能定量说明衍射波的强度分布不能定量说明衍射波的强度分布1、惠更斯原理、惠更斯原理 波面上的每一点均为发波面上的每一点均为发射子波的波源，这些子波的射子波的波源，这些子波的包络面即新的波阵面包络面即新的波阵面障碍物障碍物入射波入射波衍射波衍射波第四页，共三十六页。球球 面面 波波平平 面面 波波 介质中波动传播到的各点都可以看作介质中波动传播到的各点都可以看作(kn zu)是发射子波是发射子波的波源，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前.惠更斯原理惠更斯原理(yunl)(yunl)O第五页，共三十六页。2、菲涅耳原理、菲涅耳原理(yunl)对子波的振幅和相位作了定量描述对子波的振幅和相位作了定量描述 波面上各面元波面上各面元子波源子波源rPS dSn第六页，共三十六页。空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果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：合振动：衍射本质：衍射本质：子波的相干叠加子波的相干叠加有限个分立相干波叠加有限个分立相干波叠加 干涉干涉无限多个连续分布子波源相干叠加无限多个连续分布子波源相干叠加 衍射衍射倾斜因子：倾斜因子：子波：子波：第七页，共三十六页。三三.衍射衍射(ynsh)分类分类菲涅耳衍射（近场衍射）：菲涅耳衍射（近场衍射）：夫琅和费衍射（远场衍射）夫琅和费衍射（远场衍射）:波源波源 障碍物障碍物 屏屏无限远无限远无限远无限远即平行光衍射即平行光衍射信息光学（现代光学分支）信息光学（现代光学分支）（或二者之一有限远）（或二者之一有限远）波源波源 障碍物障碍物 屏屏距离距离有限有限距离距离有限有限第八页，共三十六页。菲涅尔衍射菲涅尔衍射(ynsh)(ynsh)和夫琅禾费衍射和夫琅禾费衍射(ynsh)(ynsh)夫夫 琅琅 禾禾 费费 衍衍 射射光源、屏与缝相距无限远光源、屏与缝相距无限远缝缝在在实实验验中中实实现现夫夫琅琅禾禾费费衍衍射射菲菲 涅涅 尔尔 衍衍 射射缝缝 光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远第九页，共三十六页。光的夫琅和费衍射光的夫琅和费衍射(ynsh)(ynsh)(ynsh)(ynsh)一一.单缝夫琅和费衍射单缝夫琅和费衍射(ynsh)1.装置装置(zhungzh)：缝宽缝宽a:其上每一点均为子波源，发出衍射光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衍射光线与波面法线夹角小录象小录象第十页，共三十六页。中央明纹中心中央明纹中心P处光强可由菲涅耳公式计算处光强可由菲涅耳公式计算介绍确定介绍确定(qudng)P光强的两种简便方法光强的两种简便方法第十一页，共三十六页。2.菲涅耳波带法（半定量菲涅耳波带法（半定量(dngling)(dngling)方法）方法）对应的单缝对应的单缝a被分为被分为n个半波带个半波带.A2A12.A3.CABaxfPA4第十二页，共三十六页。对应中央明纹中心对应中央明纹中心n为偶数：为偶数：两两相消，屏上相聚点为暗纹两两相消，屏上相聚点为暗纹n为奇数为奇数:剩下一个半波带中的衍射光线未被抵消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的屏上相聚点为明纹中心对应非明、暗纹中心的其余位置对应非明、暗纹中心的其余位置.A2A12.A3.CABaxfPA4第十三页，共三十六页。Isin 0*明暗纹条件：明暗纹条件：中央明纹中心中央明纹中心各级明纹中心各级明纹中心暗纹暗纹注意：注意：第十四页，共三十六页。二者明暗纹条件是否二者明暗纹条件是否相互矛盾相互矛盾?maxa 讨论：双缝干涉中双缝干涉中明明暗暗单缝衍射中单缝衍射中明明暗暗第十五页，共三十六页。中央明纹中央明纹一级明一级明纹纹二级明二级明纹纹一级一级暗纹暗纹二级二级暗纹暗纹三级三级暗纹暗纹 单缝衍射明暗单缝衍射明暗(mn n)纹条件中纹条件中k值为什么不能取零值为什么不能取零？暗纹公式中暗纹公式中为中央明纹中心，不是暗纹为中央明纹中心，不是暗纹明纹公式中明纹公式中仍在中央明纹区内仍在中央明纹区内不是明纹中心不是明纹中心第十六页，共三十六页。计算衍射条纹计算衍射条纹(tio wn)角宽角宽度度中央明纹中心中央明纹中心暗纹暗纹明纹明纹中央明纹中央明纹其余明纹其余明纹第十七页，共三十六页。计算衍射条纹计算衍射条纹(tio wn)线宽度线宽度中央明纹中央明纹其余明纹其余明纹第十八页，共三十六页。条纹亮度条纹亮度(lingd)分布是否均匀，为什么？分布是否均匀，为什么？中央明纹集中大部分能量，中央明纹集中大部分能量，明条纹级次越高亮度越弱。明条纹级次越高亮度越弱。I屏幕屏幕中央明纹中心中央明纹中心:全部光线干涉相长全部光线干涉相长一级明纹中心一级明纹中心:二级明纹中心二级明纹中心:由菲涅尔波带法：由菲涅尔波带法：第十九页，共三十六页。衍射显著衍射显著光强太弱光强太弱衍射不明显衍射不明显直线传播直线传播白光照射，中央白色，其余明纹形白光照射，中央白色，其余明纹形成内紫外红光谱，高级次重叠成内紫外红光谱，高级次重叠浸入液体中、条纹变密浸入液体中、条纹变密第二十页，共三十六页。单缝宽度单缝宽度(kund)(kund)变化，中央明纹宽度变化，中央明纹宽度(kund)(kund)如何变如何变化？化？第二十一页，共三十六页。越大，越大，越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显.入射波长变化入射波长变化(binhu)(binhu)，衍射效应如何变化，衍射效应如何变化(binhu)(binhu)?第二十二页，共三十六页。第二十三页，共三十六页。单缝衍射的动态变化单缝衍射的动态变化 单缝单缝上下上下移动，根据移动，根据(gnj)(gnj)透镜成像原理衍射图透镜成像原理衍射图不不变变.单缝上移，零级单缝上移，零级(ln j)(ln j)明纹仍在透镜光轴上明纹仍在透镜光轴上.第二十四页，共三十六页。若是平行光非垂直入射，得出光程若是平行光非垂直入射，得出光程(un chn)差公式和明暗纹条件差公式和明暗纹条件a a 中央明纹中心中央明纹中心暗暗明明第二十五页，共三十六页。3.振幅矢量振幅矢量(shling)(shling)叠加法（定量）叠加法（定量）每条光线在屏上引起光振动振幅相等每条光线在屏上引起光振动振幅相等将将a划分为划分为N个等宽个等宽的狭窄波带，设每个波带的狭窄波带，设每个波带内能量集中于图中所示光线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相位差两相邻光线光程差两相邻光线光程差第二十六页，共三十六页。(见教材见教材)用多边形法则进行用多边形法则进行N个大小相等、个大小相等、两两依次相差为两两依次相差为 的光振动的叠加的光振动的叠加第二十七页，共三十六页。令令即中央明纹中心处振幅即中央明纹中心处振幅中央明纹光强中央明纹光强则则第二十八页，共三十六页。明纹：明纹：暗纹：暗纹：请与半波请与半波(bn b)带法比带法比较较第二十九页，共三十六页。2.条纹条纹(tio wn)：明暗明暗(mn n)相间同心圆环相间同心圆环中央中央(zhngyng)亮纹：爱亮纹：爱里斑里斑二、圆孔夫琅和费衍射二、圆孔夫琅和费衍射集中大部分能量集中大部分能量角宽度为其余明纹角宽度为其余明纹2倍倍半角宽度：半角宽度：S*1.装置：装置：第三十页，共三十六页。瑞利准则：瑞利准则：第一个象的爱里斑边沿与第二个象的爱第一个象的爱里斑边沿与第二个象的爱里斑中心重合里斑中心重合 恰能分辨恰能分辨爱里斑爱里斑3、光学仪器分辨率光学仪器分辨率物镜物镜(wjng)圆孔圆孔物点的象物点的象 衍射图样衍射图样 第三十一页，共三十六页。第三十二页，共三十六页。光学光学(gungxu)显微镜显微镜 0.2 m电子显微镜电子显微镜 扫描遂道显微镜扫描遂道显微镜最小分辨角：最小分辨角：光学仪器分辨率光学仪器分辨率提高分辨率途径提高分辨率途径小录象小录象第三十三页，共三十六页。声纳起水下雷达的作用，现有一潜水艇停在水下声纳起水下雷达的作用，现有一潜水艇停在水下100m处，艇上声纳喇叭处，艇上声纳喇叭(l b)(l b)向前发射声波，习惯上向前发射声波，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，二者相距设潜水艇前上方海面有一敌舰，二者相距1000m，请你为潜水艇声纳设计一个喇叭，给出形状和尺请你为潜水艇声纳设计一个喇叭，给出形状和尺寸，使该声纳使用寸，使该声纳使用=10cm声纳时，信号在水平方声纳时，信号在水平方向覆盖范围张角为向覆盖范围张角为60度，同时不让敌舰收到信号。度，同时不让敌舰收到信号。练习：练习：第三十四页，共三十六页。解：解：竖直方向竖直方向水平方向水平方向喇叭喇叭(l b)为矩形：为矩形：高高 100 cm,宽宽 20 cm 第三十五页，共三十六页。内容(nirng)总结同学们好。波遇到障碍物时，绕过障碍物进入(jnr)几何阴影区。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。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。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.。波面上各面元子波源。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。信息光学（现代光学分支）。水平方向第三十六页，共三十六页。