多种缝、孔衍射现象的半定量研究

2020年2月25日版本:叶晓靖

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    人们在生产生活中,很早就注意到了衍射现象。最早观察到衍射现象的记载出现在达•芬奇( L.da Vinci)的著作中,格里马耳迪在他的著作中对衍射现象做出了准确的描述。在当时的学术界,人们普遍相信微粒理论可以正确描述光的传播,但它不能解释衍射现象。第一个提出光的波动理论的人是惠更斯。在1818年以前,一直没有人注意到有可能根据波动理论说明衍射效应。1818年,菲涅耳提出,应用惠更斯作图法,结合干涉原理,能够解释光的衍射现象。菲涅耳的分析后来由基尔霍夫给出完善的数学基础,从此以后,许多作者对衍射现象进行了广泛的讨论。
    衍射问题是光学中遇到的最困难的问题之一。在衍射理论中,很少能给出类似经典力学领域里那样严格的解。直到1896年,才由索末非给出了第一个这样的解,他在一篇重要论文中讨论了一个完全导电的半无限平面屏对平面波的衍射。此后,少数其他衍射射问题也得到了严格解。但是,由于数学上的困难,在大多数有实际意义的情况中,还必须采用近似方法。在这些方法中,惠更斯-菲涅耳理论是效果最好的,它适用于处理仪器光学中所遇到的大多数问题。
    按照惠更斯作图法,波阵面上的每一点可以认为是产生球面子波的一个次级扰动中心,而以后任何时刻的波阵面则可看做是这些子波的包络。菲涅耳对惠更斯作图法进行了补充,假定这些次级子波相互干涉,从而说明了衍射射现象。惠更斯作图法加上干涉原理,就称为惠更斯-非混耳原理。
    由于只有障碍物或孔、缝的尺度在波长大小的量级上时,才能观察到明显的衍射现象,所以经常针对孔缝条件讨论衍射现象。
    在远场和进场条件下分别有菲涅尔衍射和夫琅和费衍射形式,其中夫琅和费衍射可以视为菲涅尔衍射在远场条件下的特殊情况。
    对菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射及其近似条件有深刻认识;了解艾里斑、瑞利判据等概念,并能对光学系统分辨能力进行分析。

1.圆孔和圆屏的菲涅尔衍射光路原理与适用条件。 2.单缝孔夫琅禾费衍射光路原理与适用条件。 3.单缝夫琅禾费衍射的光场强度分布函数(单缝衍射因子)。 4.透镜在夫琅禾费衍射光路中的作用。

1.单缝衍射的光强分布受缝宽、衍射距离的影响。 2.单缝衍射因子的主极大与次极大光强分布规律。 3.单缝衍射暗斑位置。

1.夫琅禾费圆孔衍射与强度分布函数的极大值和零点;圆孔夫琅禾费衍射因子。 2.艾里斑的概念;瑞利判据与光学分辨本领的限制。 3.N缝夫琅禾费衍射的光场强度分布规律及缝间干涉因子。 4.通过干涉与衍射的结合,理解衍射光栅的基本原理。

1.矩形孔衍射的强度分布规律。 2.巴俾涅原理。 3.其它多边形孔的衍射光强度分布与有关尺度的半定量测量。 4.多个相同孔的共面有规律分布与随机分布对比与探讨。

1.对衍射现象有更深入理解;掌握各种缝、孔衍射的光场分布特征。 2.清楚光学系统的分辨能力限制条件。 3.从单缝衍射到多缝衍射的进阶学习过渡到下一步光栅与光栅仪器的学习。

菲涅尔衍射、夫琅禾费衍射、艾里斑、瑞利判据、单缝(孔)衍射因子、多缝(孔)间干涉因子。

光学仪器、信息光学、图像处理。

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欢迎大家留言讨论! — 乐永康 2019/12/05 13:01
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