淺析光的單縫夫瑯和費衍射

石仁斌，陳曉釗

（山東科技大學公共課教學部，山東 泰安 271019）

1 引言

光在傳播過程中遇到障礙物時，能繞過障礙物的邊緣繼續前進，這種偏離直線傳播的現象稱為光的衍射現象。荷蘭物理學家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens）提出次波的假設，以此來定性解釋波的傳播現象，并提出了惠更斯原理。法國物理學家奧古斯汀-讓·菲涅爾（Augustin-Jean Fresnel）提出了“次波相干疊加”的概念，對惠更斯原理作了補充，提出了惠更斯-菲涅爾原理。為了簡單形象地解釋光的衍射現象，菲涅爾提出了“半波帶”概念，給出了分析衍射現象的半波帶法，半波帶法能定量分析光的衍射。這種方法簡單明了且運算不復雜，但是不精準、存在偏差。采用惠更斯-菲涅爾原理可以精確計算光的衍射，但是計算復雜。本文利用半波帶法和惠更斯-菲涅爾原理法兩種方法分析單縫夫瑯和費衍射，并對兩種方法進行比較。

2 單縫夫瑯和費衍射

依照光源、衍射縫、屏三者的相互位置，可將衍射分成兩種，一種叫做菲涅爾衍射，一種叫做夫瑯和費衍射。圖1所示為菲涅爾衍射（光源S和顯示衍射圖樣的屏P，與衍射縫R之間的距離為有限遠），圖2所示為夫瑯和費衍射（光源S和顯示衍射圖樣的屏P，與衍射縫R之間的距離為無限遠）。

圖1 菲涅爾衍射

圖2 夫瑯和費衍射

3 用菲涅爾半波帶法分析單縫夫瑯和費衍射

3.1 惠更斯原理

在研究波的傳播時，總可以找到同相位各點的位置，這些點的軌跡是一個等相面，稱為波面。惠更斯曾提出次波的假設來闡述波的傳播現象，從而建立了惠更斯原理。……