光的衍射

光学教程第六版，姚启钧原著第二章《光的衍射》思维导图，希望这份脑图会对你有所帮助。

光的衍射

• 惠更斯-菲涅耳原理
  • 光的衍射现象定义：这种光绕过障碍物偏离直线传播而引入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象
  • 惠更斯原理
    • 波面（等相面）
    • 主要任何时刻波面上的每一点都可作为次波的波源，各自发出球面次波；在以后的任何时刻，所有这些词波波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面。
    • 惠更斯原理的缺陷——不能解释干涉与衍射现象
  • 惠更斯-菲涅耳原理
    • 主体内容——四个假设
      • 波面初相位相同
      • 振幅与半径成反比
      • 振幅正比与面积
      • 相位由光程决定——
    • 合振动表达式（菲涅耳衍射积分）
    • 菲涅耳衍射：是障碍物到光源和考察点的距离都是有限的，或其中之一为有限的。
    • 夫琅禾费衍射：是障碍物到光源和考察点的距离可以认为是无限远的。
• 菲涅耳半波带 菲涅耳衍射
  • 菲涅耳半波带
    • 定义：如何相邻两带的光程差为λ/2
    • 合振幅的计算： k为奇数为亮点，k为偶数为暗点
  • 菲涅耳衍射
    • 圆孔的菲涅耳衍射，半波带计算
    • 圆屏的菲涅耳衍射 合振幅大小
  • 波带片
    • 为考察点处的合振幅。在任一情况下，合振动的振幅均为相应的各半波带在考察点所产生的振动振幅之和。这样做成的光学元件叫做波带片。
• 夫琅禾费圆孔衍射
  • 圆孔衍射的光强特点
    • 艾里斑
  • 圆孔衍射的光强分布
  • 与单缝衍射的区别与相同之处
    • 夫琅禾费圆孔衍射和单缝衍射的半角宽度公式，除了一个反映几何形状不同因数1.22外，二者在定性方面是一致的，即当λ/D«1时，衍射现象可忽略；λ越大或D越小，衍射现象越显著。
• 夫琅禾费单缝衍射
  • 夫琅禾费单缝衍射的特点和实验装置
  • 强度的计算
    • 次波在观察点p叠加合振幅为公式（1）光强为公式（2）
  • 衍射图样的光强分布
    • 中央光强（主光强）
    • 单缝衍射最小
    • 单缝衍射次最大（次光强）
  • 单缝衍射图样特点
    • 各级光强的特点
      • 各级最大值光强不等，中央最大值光强最大，次最大值随着级数k的增大而很快减小第一级次最大值小于中央最大值的5％
    • 衍射图样角宽度特点
      • 中央亮条纹角宽度为2λ/b，各级最小值到中心的角宽度为△θ=kλ/b(b为缝宽），两侧亮条纹角宽度△θ=λ/b
    • 暗纹和次最大亮条纹间距特点
      • 最小值处的暗纹是等间距的：随着k的增大，次最大值亮条纹的间距趋于相等。
    • 白光衍射图样特点
      • 中央亮条纹边缘伴有彩色，其他各级彩色条纹则逐次重叠展开。
    • 缝宽b对图样的影响
      • 即当λ/D«1时，衍射现象可忽略；λ越大或D越小，衍射现象越显著。
• 平面衍射光栅
  • 光栅的定义和用途
    • 光栅常量定义：设各缝的宽度都为b相邻两缝间不透明部分的宽度都为a则a+b=d
    • 用途：透光光栅和反射光栅
  • 光栅衍射的强度分布特点
    • 分布特点间书85页到86页
    • 光谱线定义：如果照射的光由不同波长的成分组成，则每一波长都将产生和他对应的细窄明亮的最大值条纹
  • 光栅衍射强度计算
  • 双缝衍射
    • 改变干涉因子从而得到双缝衍射强度
  • 干涉与衍射的区别与联系
    • 本质上都是波的相干叠加的结果（书89页）
  • 光栅方程
    • 非垂直光栅方程：
  • 谱线的半角宽度
  • 谱线的缺陷
    • 如当d=2b时，所有级数为偶数（±2，±4，±6，...)的谱线都将消失（此时所以级数为奇数的谱线都相应的增加；当d=3b时，级数为±3，±6，±9，...的谱线都消失，这种现象称为谱线的缺陷
  • 光栅光谱
    • 定义：把波长不同的同级谱线集合起来构成的一组谱线
  • 闪耀光栅