第二章标量衍射理论.ppt

"标量衍射理论" 标量衍射理论是研究光波传播过程中遇到障碍物时发生的衍射现象的理论。衍射是光传播的普遍属性，是光的波动性的表现。标量衍射理论是基于电磁场矢量理论的简化模型，忽略电磁场矢量各个分量之间的联系，电磁波矢量方程可以写为分量方程（标量方程），把光作为标量来处理，只考虑电磁场一个分量的复振幅。 标量衍射理论的条件是：（1）衍射孔径比光波长大得多；（2）观察点距离衍射孔足够远。该理论可以用来研究高分辨率光栅、光波在传播过程中的衍射现象。 历史上，衍射现象最早研究的是格里马第（F.H.Grimaldi），他认为光是能够作波浪式运动的流体，不同颜色代表不同频率。在1655年，他发表了论文，提出了衍射的最初定义。 索末菲（A.Sommerfeld）定义衍射为：不能用反射或折射定律来解释的光线对直线光路的任意偏离现象。惠更斯（F.M.Huygens）提出了子波源假设理论，认为波面上每一点都可以作为次级子波的波源。 杨氏干涉原理（T.Young）证实了光的波动性，菲涅耳（A.J.Fresnel）提出了惠更斯-菲涅耳原理，基尔霍夫（G.Kirchhoff）提出了基尔霍夫衍射理论，索末菲利用格林函数理论修正了基尔霍夫衍射理论，成为瑞利-索末菲理论。 标量理论是基于矢量理论的简化模型，忽略电磁场矢量各个分量之间的联系，电磁波矢量方程可以写为分量方程（标量方程），把光作为标量来处理，只考虑电磁场一个分量的复振幅。标量理论可以完全准确的代替矢量理论，但前提是介质同时具有线性、各向同性、均匀性且无色散。 矢量理论到标量理论的转换可以通过麦克斯韦方程组来实现，麦克斯韦方程组是研究电磁场的基础方程组，可以用来描述电磁场的行为。符号Eρ、Hρ分别表示电场强度和磁场强度，直角坐标系分量（x,y,z）表示电场和磁场的分量。 根据矢量理论，可以推导出标量波动方程，描述电场和磁场的行为。矢量理论到标量理论的转换可以用来研究光波在传播过程中的衍射现象。 标量衍射理论是研究光波传播过程中遇到障碍物时发生的衍射现象的理论，它是基于电磁场矢量理论的简化模型，可以用来研究高分辨率光栅、光波在传播过程中的衍射现象。