惠更斯菲涅尔原理和惠更斯原理的区别
惠更斯菲涅尔原理和惠更斯原理都是光学中的基本原理，但它们有着明显的区别。
惠更斯原理是指光线传播时，每一个点都可以看成是一个次波源，次波在传播中相互叠加，最终形成了光的传播路径和波前。这个原理解释了光线传播的直线性和衍射现象。
而惠更斯菲涅尔原理则强调了光线的传播具有波动性和粒子性，它认为光线传播时会产生衍射和干涉现象，并且光线的传播路径是沿着光程最短的路径进行的。这个原理可以解释光线的偏折和反射现象。
因此，惠更斯菲涅尔原理和惠更斯原理虽然都涉及光线传播的基本规律，但它们强调的方面是不同的，各自在光学领域中都有着广泛的应用和研究。
- 1 -
第十七章 光的衍射 §17－1 光的衍射现象 惠更斯原理 一． 光的衍射现象 衍射条件：d ~λ（障碍物线度） 对于光波：λ很小，不易观察到衍射现象。 1． 现象：当障碍物的线度与光波波长λ可比拟时，光线偏离直进路线，进入几何暗影区， 并形成明暗相间的条纹的现象。 2． 分类： ①菲涅尔衍射：光源和所考察的点到障碍物间的距离为有限远时的衍射； ②夫琅和费衍射：光源和所考察的点到障碍物间的距离为无限远或相当于无限远时的衍 射。 二． 惠更斯－菲涅尔原理 1． 惠更斯原理：子波假设 某一时刻，波阵面上各点所产生的子波的包络面就决定后一时刻新的波阵面。 解决的主要问题：波的传播方向问题； 未解决的问题：波的强度、后退波的问题 2． 惠更斯－菲涅尔原理：子波干涉 从同一波阵面上各点所发出的子波，经传播在空间各点相遇时，也可以互相叠加而产生干涉现象。 如图，S 为某一时刻的波阵面，dS 为子波波源，P 为考察点；dS 在P 点引起的光振动的振幅为0dE ， 菲涅尔假设： 0200=→≥∝∝)(k )(k dE r dS dE {θπ θθ倾斜因子 )(k r dS C dE )(k r dS dE θθ=?∝ 00 所以，任一时刻的光振动： )r T t (cos )(k r dS C )r T t ( cos dE dE λ πθλπ-=-=220 整个S 在P 点的 )]r T t (cos[dS r )(Ck dE E S S λ πθ-==? ?2━━━菲涅尔公式 除简单情况外，上式的积分运算相当复杂，即：
衍射现象是一种综合、复杂的干涉现象！ 处理实际问题时用分带法或振幅矢量法较为简单。 2E I ∝, ,)(k ,02 =≥ θπ θ 1882年从数学上证明成立。 §17－2 夫琅和费单缝衍射 一． 实验装置 二． 实验现象 E 上出现明暗相间的条纹，中央明纹宽、亮… 三． 理论解释━━菲涅尔半波带法 1． 中央明纹：P 0点，同相位，0=δ，干涉加强，条纹与缝面平行； 2． 明暗纹公式：P 点 ) ,,k () k () ,,k (k { sin a AC AB 3212 123212 2=+±=±===明暗条纹λ λ ?δ 3． 明暗纹的位置 ) ,,k (a f ) k () ,,k (f a k { sin f tg f x 321212321=+±=± =≈=明暗条纹λλ?? 中央明纹宽度：a f l λ20=, 相邻（明）暗纹间距：2 l a f l == λ 可见： ① 中央明纹宽度约为其它明（暗）纹宽度的2倍； ② 若f ,λ一定，a 越小，k x 越大，衍射越明显； ③ 若f ,a 已知，可通过测l 或0l 求λ； ④ 若f ,a 一定，λ∝k x ，若白光入射，则中央明纹白色，两侧明纹为由紫到红的彩条 带； ⑤ 若0→>>?λ,a ，光满足直进原理。 4． 光强分布 说明：用菲涅尔半波带法得到的结果，与用惠更斯－菲涅尔原理计算的结果比较，稍有偏差（P.124表17－1）；而光强分布则只有用惠更斯－菲涅尔原理计算了。 四． 理论计算: P.124－P.127 小字部分，有兴趣者可看。
1.自然光和圆偏振光都可看成是振幅相等、振动方向垂直的两线偏振光的合成， 它们之间的主要区别是什么？如何利用1/4波片和检偏器鉴别它们？ 答：主要区别：其圆偏振光中两个相互垂直的光具有恒定的位相差；自然光的两束光没有恒定的位相差。 将其分别通过1/4波片后在用检偏器检测，旋转检偏器，若出现消光的则为圆偏振光，若光强无变化则为自然光。 2.简述菲涅耳波带片的定义与其作用。 答：在菲涅尔圆孔衍射中，将奇数波带或偶数波带挡住的特殊光阑称为菲涅尔波带片 其作用：聚光与成像 3.写出夫琅和费圆孔衍射爱里斑的角半径公式，简要说明瑞利判据的内容。 答:其角半径Θ=1.22λ/a(a为圆孔的直径) 瑞利判据：在衍射系统中，一个点物的衍射图样的中央极大与近旁另一个点物衍射图样的第一极小重合，作为光学成像系统的分辨极限，认为此时系统恰好可以分辨开两个物点 4.理想光组有哪些基点、基面？说明节点的特性、指明物方焦点F的共轭点。 答:基点:物方焦点，像方焦点，物方主点，像方主点； 基面：物方焦平面，像方焦平面，物方主平面，像像方主平面。 光的传播方向经过物方节点时其传播方向不会改变；物方焦点的共轭点在 光轴上的无穷远点 5.简述惠更斯原理和惠更斯－菲涅耳原理的内容。 答：从同一波阵面上各点发出的子波，在传播的过程中相遇时，也能相互叠加而产生干涉的现象，空间各点波的强度，由各子波在该点的相干叠加所决定 6.一个沿Z方向前进的单色右旋圆偏振光先后经过一个最小厚度的1/4波片和
一个最小厚度的1/2波片，两波片的快轴都在Y方向，请分析通过1/4波片后和1/2波片后的光波偏振状态。（需写出具体的分析过程和理由） 答：若该圆偏振光其x轴方向的分量超前y轴方向分量π/2,因为波片的快轴在y方向上，则经过1/4波片后其x与y轴的分量的相位相同，此时的透射光为线偏振光，其方向与x轴正向的夹角为45度；再经过1/2波片，其y轴方向上的分量超前π的相位，则此时的透射光为线偏振光且与x轴的夹角为负45度； 若该圆偏振光其x轴方向的分量落后y轴方向分量π/2,因为波片的快轴在y 方向上，则经过1/4波片后其x分量的落后π的相位，此时的透射光为线偏振光，其方向与x轴负向的夹角为45度；再经过1/2波片，其y轴方向上的分量超前2π的相位，则此时的透射光为线偏振光且与x轴正向的夹角为45度； 7.试列举出一种不产生明暗相间条纹的光干涉现象。 答：偏振光的干涉 8.对以下三种系统，入射光和出射光如图，试判断物、像的虚实。 A图虚物,实像，B图实物,虚像，C图实物,虚像 9.简述光的直线传播定律与光的独立传播定律。 答：光沿直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光是沿直线传播的； 光的独立传播定律：不同的光源发出的光在空间某点相遇时，彼此互不影响，各光束独立传播
惠更斯原理，菲尔马定理 声音的基本性质特点
声音的基本性质 一、声音的产生 声音产生于物体的振动。例如，讲话声音产生于喉管内声带的振动，扬声器（喇叭）发声产生于纸盆的振动，机械噪声产生于机械部件的振动等。我们把能够发出声音的物体称为声源。 声源发声后，还要经过一定的介质才能向外传播。例如扬声器发声，当外加信号使扬声器纸盆来回振动时，随之也使它邻近的空气振动起来。当纸盆向某个方向振动时，便压缩其邻近空气，使这部分空气变密；当纸盆向相反方向振动时，这部分空气变稀疏。邻近空气这样一疏一密地随着纸盆的振动而振动，同时又使较远的空气做同样的振动，空气这种一疏一密地振动传播的波叫做声波。声波的传播示意图如图1-1所示。声波以一定速度向四面八方传播，当声波传到入耳中时，会引起人耳鼓膜发生相应的振动，这种振动通过听觉神经，使我们产生声音的感觉。 由此可见，听到声音，要有三个基本条件。一是存在发声体或声源。二是要有传播过程中的弹性介质，例如空气，或者液体、固体的弹性介质；真空中没有弹性介质，所以真空不能传送声波：月球上没有空气，所以月球上是无声的世界。三是要通过入耳听觉才能产生声音的感觉。 声波的传播 声波的传播也可以用水面波作形象的比喻。把一石块投入平静的水中，水面上便可看到一圈圈的水面波，它由波峰和波谷这样高低起伏交替变化着向外传播。因为水面在波动，所以水面波带有能量。如果在水面卜浮一很小的木块，就可以看到这一小木块随着水面波峰波谷做上下运动，待水面平静下来，木块则仍停留在它的原来位置。由此可见，水的质点本身并不沿着波动前进，而是水波动的能量从一部分水面到邻近的另一部分水面相继传递。这与声波在空气中传播时空气层并不跟随声音一块传播出去，而只是在平衡位置附近振动是相似的。所以说声波的传播，实际上是声波的能量随声波在传播。有声波存在的空间叫做声场。 但是，声波与水波也有不同，水面波的振动方向与波的传播方向相垂直，因此水波是一种横波。声波的传播方向与疏密相间振动方向是一致的，所以声波在空气中的表现形式是纵波。 由上述可见，振动和波动是互相密切联系的运动形式，振动是波动的产生根源，而波动是振动的传播过程。声音的本质是一种波动，因此声音也叫声波。为了清楚起见，通常把声的物理过程称为声波，而把与听觉有关的过程称为声音。 二、频率、波长与声速 声源完成一次振动所经历的时间称为周期，记作T为秒(s)。Is内振动的次数称为频率，记作ƒ单位为赫兹( Hz)，它是周期的倒数，即 声源的振动能产生声波，但不是所有振动产生的声波人们都能听得见，这是由于人耳特性决定的。只有当频率在20～20000Hz范围内的声波传到人耳，引起耳膜振动，才能产生声音的感觉。所以通常将频率在20—20000Hz范围内的声波叫做可听声。低于20Hz的
HUYGENS-FRESNEL PRINCIPLE 惠更斯-菲涅耳原理 目录 The One---The Origin of the Huygens-Fresnel principle The Two ---The Essence of the Huygens-Fresnel principle The Three---The Conclusion of the Huygens-Fresnel principle 一、惠更斯-菲涅耳原理的起源 二、惠更斯-菲涅耳原理的本质 三、惠更斯-菲涅耳原理的结论 The One---The Origin of the Huygens-Fresnel principle 一、惠更斯-菲涅耳原理的起源 The penetration of light waves into the region of a geometrical shadow can be explained with the aid of Huygens'principle.This principle,however,gives no information on the amplitude and ,consequently,on the intensity of waves propagating in different directions. The French physicist Augustin Fresnel (1788~1827) supplemented Huygens'principle with the concept of the interference of secondary waves.Taking into account the amplitudes and phases of the secondary waves makes it possible to find the amplitude of the resultant wave for any point of space .Huygens'principle developed in this way was named the Huygens-Fresnel principle 光波进入几何阴影区的渗透可以用惠更斯原理.这个原理虽然没有给出振幅信息.因此，对在不同方向上传播的波的强度。法国物理学家奥古斯丁-菲涅耳（1788 ~ 1827）补充了惠更斯原理的次波的干涉的概念。考虑到振幅和二次波的相位使得有可能找到任何点的空间所得到的波的振幅。惠更斯原理以这种方式发展被命名为惠更斯-菲涅耳原理。 The Two ---The Essence of the Huygens-Fresnel principle 二、惠更斯-菲涅耳原理的本质 According to the Huygens-Fresnel principle .Every element of wave surface S (Fig.1.1) is the source of a secondary spherical wave whose amplitude is proportional to the size of element dS.The amplitude of a spherical wave diminishes with the distance r from its source according to the law 1/r.Consequently,the oscillation rives from each section dS of a wave surface at point in front of this surface . Is the the phase of the oscillation where wave surface S is ,k is the wave number ,r isthe distance from surface element dS topoint Parrives from each section dS of a wave surface at point P in front of this surface . The factor is determined by theamplitude on the light oscillation at the location of dS .The coeffcient ()00cos a kr wt r d a K dE s +-=0a ?
7光的衍射 7.1惠更斯—菲涅耳原理 1. 根据惠更斯－菲涅耳原理，假设光在某时刻的波阵面为S ，那么S 的前方某点P 的光强度决定于波阵面S 上所有面积元发出的子波各自传到P 点的 (A) 振动振幅之和． (B) 光强之和． (C) 振动振幅之和的平方． (D) 振动的相干叠加． 答案：(D) 参考解答： 惠更斯原理可以定性说明波遇到障碍物时为什么会拐弯，但是它不能解释拐弯之后波的强度的重新分布〔对光而言，表现为出现明暗相间的衍射条纹〕现象。在杨氏双缝干预实验的启发下，注意到干预可导致波的能量出现重新分布，法国物理学家菲涅耳认为：同一波阵面上发出的子波是彼此相干的，它们在空间相遇以后发生相干迭加，使得波的强度出现重新分布，由此而形成屏上观察到的衍射图样。这一经 “子波相干叠加〞思想补充开展后的惠更斯原理，称为惠更斯－菲涅耳原理。 对所有选择，均给出参考解答，进入下一步的讨论。 2. 衍射的本质是什么？干预和衍射有什么区别和联络？ 参考解答： 根据惠更斯-菲涅耳原理，衍射就是衍射物所发光的波阵面上各子波在空间场点的相干叠加，所以衍射的本质就是干预，其结果是引起光场强度的重新分布，形成稳定的图样。 干预和衍射的区别主要表达在参与叠加的光束不同，干预是有限光束的相干叠加，衍射是无穷多子波的相干叠加。 7.2单缝衍射 1. 在夫琅禾费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹 (A) 对应的衍射角变小． (B) 对应的衍射角变大． (C) 对应的衍射角也不变． (D) 光强也不变． 答案：(B) 参考解答： 根据半波带法讨论的结果，单缝衍射明纹的角位置由下式确定， ,2 )12(sin λθ+±=k a 即...)3,2,1(2)12(sin =+±=k a k λ θ .显然对于给定的入射单色光，当缝宽度a 变小时，各级衍射条纹对应的衍射角变大。 对所有选择，均给出参考解答，进入下一步的讨论。
1惠更斯－菲涅尔原理 ? 惠更斯－菲涅耳原理可以表述如下： ? 波前上每一个面元都可看成是新的振动中心，它们发出次波（频率与入射波相同）; ? 在空间某一点P 的振动是所有这些次波在该点的相干迭加。 ? 是相干叠加→复振幅叠加 ? 如图所示。点光源S 在波面∑’ 上任一点Q 产生的复振幅为 ? 式中，A 是离点光源单位距离处的振幅， ? R 是波面∑’的半径。 ? 在Q 点处取面元d σ，面元发出的子波在P 点产生的复振幅与在面元上的复振幅 、 面元大小和倾斜因子K(θ)成正比。 ? 面元d σ在P 点产生的复振幅可以表示为 ? K(θ)表示子波的振幅随面元法线与QP 的夹角θ的变化。（ θ称为衍射角） ? c 为一常数,r=QP 。 ? 菲涅耳假设：当时θ=0 ，倾斜因子K 有最大值，随着增加θ↑ ，K 减小， ? 当θ≥π/2时，K=0。 (基尔霍夫理论证明不正确) ? 对P 点产生作用的将是波面∑’中界于z z’范围内的波面∑上的面元发出的子波。 ? 则： ? 此即为惠更斯－菲涅耳原理的菲涅耳表达式，此关系式还可推广为（5－4）式， ? 即 ? 若： ? 有： 2基尔霍夫衍射理论 ? 基尔霍夫理论，只适用于标量波的衍射，故又称标量衍射理论。 3巴俾涅（Babinet ）原理 即两个互补屏单独产生的衍射场的复振幅之和等于没有屏时的复振幅。在 的那些点，两个互补屏单独产生的强度相等。 菲涅耳衍射是普遍的，夫琅和费衍射是菲涅耳衍射的特例 ? 基尔霍夫衍射公式的近似： ? 1.傍轴近似：入射光垂直孔径面 ? 2.菲涅耳近似 ： S ()ikR R A E Q exp ~→= ()()()()σθd r ikr R ikR A cK P E d exp exp ~→= ()()()()??∑=σθd r ikr K R ikR A c P E exp exp ~ () ikR R A E Q exp ~ =()()()()?? ∑=σθd K r ikr Q E c P E exp ~~ ()0P ~=E ()111,1z r K ≈=θ()()????????????????-+-+=2121211211z y y x x z r
双缝干涉知识点 双缝干涉是光学中的一种现象，也是物理学中的重要实验之一。通 过光的干涉现象，我们可以深入理解光的波动性质以及其它相关的物 理学概念。本文将介绍双缝干涉的基本原理、实验装置和干涉图案的 解析，以及对于双缝干涉的应用领域和意义。 一、双缝干涉的基本原理 双缝干涉是指当一束单色光通过两个等宽缝隙时，光波在两个缝隙 中发生干涉、叠加，并在屏幕上形成干涉条纹的现象。其基本原理可 以通过菲涅尔原理和惠更斯原理来解释。 根据菲涅尔原理，入射的光波被缝隙遮挡后，通过缝隙扩散并重新 形成波面，然后到达屏幕上特定的点。而惠更斯原理则认为每个点都 像是一个次级波源，发出的次级波在屏幕上相互干涉，形成明暗条纹。 二、实验装置 双缝干涉实验通常需要一束单色、平行度高的光源，如激光。实验 装置一般包括光源、两个狭缝、屏幕等部分。 光源可以是激光器或者通过单色滤光片限制颜色的白光光源。两个 等宽缝隙通常由透明薄片制成，距离可以调节。屏幕是用来接收干涉 图案的，可以是墨水涂在玻璃片上，或者干涉条纹直接映射在数码相 机等设备上。 三、干涉图案的解析
双缝干涉的干涉图案通常呈现出一系列明暗相间的条纹。这些干涉条纹的出现并不是随机的，而是由光波的相干和干涉效应所决定。 设两个缝隙间距为d，光波传播的速度为v，那么两束波通过两个缝隙到达屏幕上某点的路径差为Δx=nλ，其中n为整数，λ为光波的波长。当路径差为Δx的光波相位一致时，即相长干涉产生明条纹。当路径差为Δx的光波相位相差半个波长时，即相消干涉产生暗条纹。 根据上述原理，可以推导出双缝干涉的明暗条纹间距和干涉级数之间的关系公式： y=(mλL)/d 其中，y为干涉条纹的间距，m为干涉级数，L为缝隙到屏幕的距离，d为两个缝隙的间距。从该公式中可以看出，当干涉级数m增加时，干涉条纹间距也会增加。 四、双缝干涉的应用与意义 双缝干涉不仅在光学实验中有着重要的应用，也在很多领域具有实际意义。 首先，在光学领域，双缝干涉是研究光的波动性质和光的相干性的重要实验之一。通过对干涉图案的分析，可以了解光的干涉现象、波长和相干性等基本概念。 其次，双缝干涉在光学仪器的精度检测和校准中有着广泛的应用。例如，通过观察干涉条纹的清晰度和间距变化，可以准确测量光源的波长和尺寸。
惠更斯原理知识要点归纳 惠更斯原理是物理学中的一项基本原理，它是描述波的传播过程的重要依据。本文将对惠更斯原理的相关内容进行归纳总结，帮助读者更好地理解这一重要原理。 1. 惠更斯原理的基本概念 惠更斯原理又称为波前二次重构原理，简要概括为：在任何时刻，波前上的每一点都可以看作是新的次波源，新的次波源所发射出的波，沿原波传播方向重构成为新的波前。 惠更斯原理的阐述可以从两个方面来理解。 （1）波前的演化 惠更斯原理首先强调的是波前的演化，也就是随着时间的推移，波前上各个点的状态不停地发生变化。如下图所示，波源 A 反复振动，向四周传播的波在波前上画出一系列同心圆。 当波源 A 向右移动一个波长时，这些圆圈就排列成更密集的波前一部分，而波后一部分则更加疏松。因此，惠更斯原理认为波前随着时间的推移会不断演化，从而对应出不同的波形。 （2）新的次波源与波的重构 随着波前的演化，惠更斯原理还指出，波在传播过程中始终是以波源为中心进行传播的。当波到达某一点时，这一点的波前表面上的每一个小区域，都会感受到新的次波源发出的波，从而将这个小区域内的波向前传播。 这些新的次波源在整个波前表面上分布均匀，因此它们所发出的波也是均匀分布的。它们之间相互干扰，交织在一起，由此形成了一个新的波前。这样，整个波向前传播的过程就是由无数个波源发出的波汇聚在一起，重构成为新的波前。 惠更斯原理主要应用在波的传播过程中，不论是波的衍射、折射还是反射，都有它的应用。以下是惠更斯原理在波的传播过程中的具体应用： （1）波的衍射和折射 在波通过界面时，界面上的每一点也可以看作是新的次波源，它所发射出的波沿着原波的路径重构成为新的波前，这个过程就是波的折射。 （2）波的反射 惠更斯原理的实验验证主要采用一种双缝干涉实验来进行验证。这个实验的基本原理是在一面屏幕上开两个小缝，当光线透过两个小缝后在另一面屏幕上形成干涉条纹。
圆孔的夫朗和费衍射 1 、 圆 孔 的 夫 朗 和 费 衍射 ： 根据几何光学，平行光经过球面凸透镜后将会聚于透镜焦平面上一点。但实际上，由于光的波动性，平行光经过小圆孔后也会产生衍射现象，称为圆孔的夫朗和费衍射。圆孔的夫朗和费衍射图样为一个圆形的亮斑（称为爱里斑），在爱里斑的周围还有一组明暗相间的同心圆环。由于光学仪器中所用的孔径光阑、透镜的边框等都相当于一个透光的圆孔，所以圆孔的夫朗和费衍射对光学系统的成像质量有直接影响。 爱里斑光强约占总光强的84% 。而其1级暗环的角宽度（即爱里斑半角宽度）满足 D 22 .1R 610 .0sin 1λ λ θ== 式中R 、D 2、光学仪器的分辨本领： 由于圆孔衍射现象的限制，光学仪器的分辨能力有一个最高的极限。下面通过光学仪器分辨本领的讨论，说明为什么有一个分辨极限，并给出分辨极限的大小。 当两个物点S 1、S 2很靠近时（设S 1、S 2光强相等），两个爱里斑将互相重叠而无法分辨。
对一个光学仪器来说，若一个点光源产生的爱里斑的中央刚好与另一个点光源产生的爱里斑瑞的1级暗环相重合，这时两个爱里斑重合部分的光强约为单个爱里斑中央光强的80%左右，一般人眼刚好能分辨出这是两个光点的像。因此，满足上述条件的两个点光源恰好能被该光学仪器所分辨。这一条件称为瑞利分辨判据。（见下图） 恰能分辨时两光源发出的光线对透镜光心的夹角Δθ 称为最小分辨角，用δθ表示。由上讨论可知，最小分辨角δθ等于爱里斑的半角宽度θ1： )D 22 .1arcsin(1λ θδθ== 尤其当θ1 ~ 0 D 22 .1λ δθ≈ （或称分辨率），用R 表示： λδθ 22.1D 1 R = = 讨论： ⑴ 增大透镜的直径D 可提高镜头的分辨率。光学天文望远镜的镜头孔径可达数米！ ⑵ 设r 、d f 2d f r D 22 .1= = =λ δθ 即： D f 44.2d λ = f D 称为镜头的相对孔径（越大越好）。 如照相机镜头上所标示的 502 :1字样，即表示镜头的焦距mm 50f =，而镜头的孔
名词解释——惠更斯原理 惠更斯原理（ Hertz principle）是光的波动理论中关于介质的折射率与波长之间的比值，即： 2、如果两种介质的折射率不同，则随着波长的增大而减小。 3、是在光学上应用较广泛的一个经验定律，它描述了任何介质对不同波长的光的传播速度随频率变化的规律。 5、非均匀介质； 6、散射：是指分子、原子等微粒对电磁波的吸收和散射。通常把微粒的这种运动称为散射，或简称散射。不同的电磁波以及不同的微粒具有不同的散射性能。 7、黑体辐射特性；物体自身发射并被人眼感觉到的辐射能力。物体辐射出的光能与入射光能之比与温度和绝对温度成正比。 8、康普顿效应：又叫做散粒噪声，是指在无限长的直线上放置一个横截面积远大于器件的面元器件时，由于波导的存在，将使器件接收到的场强产生分布不均匀的现象。 9、热辐射的四个特性：即热辐射强度与物体表面温度之间的依赖关系;热辐射与表面状况的依赖关系;热辐 射与物体表面形状的依赖关系;热辐射与物体几何位置的依赖关系。 10、黑体辐射定律：黑体：一种理想化的吸热物体，其单色辐射的辐射强度完全来自表面辐射的总和，即每一立方厘米的黑体表面在单位时间内辐射出的全部能量。 11、当被照物体是一个黑体时，其单色辐射的辐射强度不仅与其表面温度有关，还与其表面状态和表面结构有关。 12、物体表面发射率：某点的照射功率与物体表面单位面积所接受的投射功率之比。 13、平板电容器电容：每平方厘米的板面上所储存的电荷量。 14、光程差：光线从光源发射至达到人眼的最
短路径所经过的距离。 15、光束质量：平行光束经过透镜或狭缝后形成聚焦点的最小面积。 16、单缝衍射图样：用单缝衍射得到的图样叫单缝衍射图样。 17、惠更斯原理：将波源发射的经过透镜的平行光束设想为一根平行于主轴的光线，这样，在经过两个接收透镜之间的界面时，就会看到一条明暗相间的衍射条纹。 8、传播损失：一束平行光束通过两种介质时，由于介质对光的吸收和折射，引起沿途光强减弱和光程增加的现象。 9、相干光：通过实际的光纤后，能够再现整个光谱范围的光，且各个频率段都具有相同的损耗。 10、平行光：光路方向互相平行的光。 11、衍射：波动性质的传播，而不是光的传播。 12、散射：是指分子、原子等微粒对电磁波的吸收和散射。
第一章运动学 1.绝对时空观：（经典力学时空观、牛顿时空观）：时空概念起源于运动，又超脱于运动，而成为独立的两个量，用以描述运动。 2.质点：物体的点模型，将有形有状的物体抽象为一个有质量的点。 3.质心：物体（系统）的质量分布中心。 4.自然坐标系：若质点的轨道是已知曲线，在轨道上任选一点O为原点，把轨迹看作一条有向曲线，以原点到质点的路径长度S作为指点的位置坐标。 5.角速度：描述转动快慢的物理量。 6.开普勒行星三定律： ①第一定律（轨道定律）：所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动， 太阳位于椭圆的一个焦点上； ②第二定律（面积定律）：每一行星的矢径（行星中心到太阳中心的连线）在相等的时间内扫过相等的面积； ③第三定律（周期定律）：所有的行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。 7.惯性：物体自身具有使它的运动状态保持不变的属性。 8.惯性系（马赫）：相对整个宇宙（或说整个物质分布）的平均价速度为0的参照系。 9.伽利略相对性原理（力学相对性原理）：牛顿运动定律包括从它导出的各种力学定理在所有的惯性系中都有相同的形式，即力学规律对一切惯性系都是等价的。 10.*伽利略变换：假定找到一个惯性系S，那么按照马赫定义（物质速度与音速的比值），另一惯性系S’只能相对于S系做匀速直线运动。 11.动量：描述质点运动性质的量，反应的是质点的打击本领。（力是物体间交换动量的一种表现形式） 12.动量守恒定律：若Fj e）=0（u=x,y,z），则I（e）为0，P为常数。 13.质心运动定理:质心加速度a c与作用在体系上所有外力的矢量和F外成正比，
1. 菲涅耳衍射实验的历史回顾 早在17世纪，意大利的格里马第（F. M. Grimaldi，1618-1663）就发现了光的衍射现象在点光源照明下，如果在狭窄的光束路径上放置一物体，那么在置于其后的屏幕上就不是轮廓分明的影子，其影子不但比较模糊而且沿着影子边缘还出现彩带。格里马第称这种现象为“衍射”。后来，英国科学家胡克（R. Hooke, 1635-1703）也观察到类似的现象，但他们都未能对衍射现象作出正确的解释。 菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel，1788-1827）法国物理学家。1788年5月10 日生于布罗利耶，1827年7月14日卒于阿夫赖城。先后毕业于巴黎工艺学院与巴黎桥梁与公路学校。一直在法国政府的一些部门当工程师。他在1823年当选为法国科学院院士，1825年为英国皇家学会会员。 菲涅耳的科学成就主要有两个方面。一是衍射，他以惠更斯原理和干涉原理为基础，用新的定量形式建立了以他们的姓氏命名的惠更斯-菲涅耳原理。以此加上其巧妙的半波带法，他简单而定量地预言和说明了光的直狭缝、圆孔、圆屏及直边等的衍射（亮度分布及变化）的现象，有力地击败了当时在法国权威界盛行的光的微粒说。他改进了杨氏双缝类的分波前干涉而设制出干涉效果好得多的双面镜与双棱镜干涉装置，还制出了有如透镜聚焦作用的半波带片。他的另一成就是在光的偏振方面：他与D .F. J.阿拉戈一起研究了偏振光的干涉，肯定了光是横波；他发现了圆和椭圆偏振光，用波动说解释了偏振光的左右旋和旋光现象；他用光的固体弹性波理论推导出介质表面上反射与折射光的在不同振向的振幅和强度的菲涅耳公式，从理论上得到分振幅干涉中出现的半波损失问题；解释了E.-L. 马吕斯的反射光偏振现象和双轴晶体中的双折射现象，从而建立了晶体光学的基础。菲涅耳是较早研究运动介质中光学问题的人，为此他对以太在运动媒介中的状态作了必要的提议；这在以太问题的讨论中曾产生过影响，他提出地球（或相对以太运动的介质）运动时部分地曳引其中的以太的观点，并给出了相应的曳引系数〔即相对以太的速度为v而折射率为n的介质中的光速。这点为后来A. H. L.菲佐的拖曳实验所证实，但却与以前和以后的一些别的有关以太的实验结果相矛盾，导致后来经典动体光学和电学中的种种困难，这些直到A.爱因斯坦的相对论出现之后才被解决。 最先对光的衍射现象作出正确解释的是菲涅耳。他1806年从巴黎工科学校毕业，后来又在巴黎桥梁与道路专科学校学习三年，毕业后从事道路修理工作，当了八年工程师，由于他在光学研究方面崭露头角，菲涅耳就专门从事科学研究，自1814年开始，研究光的干涉和衍射现象.当时他并不知道英国科学家托马斯·杨（Thomas Young，1773-1829）的工作，但与杨氏一样，他把这些现象看作是光的波动说的证据。 1817年法国科学院举办了一次科学竞赛，要求参加者用精确的实验来演示光的全部衍射效应，并建立相应的理论。菲涅耳决定参加这次竞赛，他写了一篇叙述自己研究工作的论文，并于次年交给科学院.菲涅耳做过一系列光的衍射实验，他更精细地演示了格里马第
历史背景： 人们对光的本性的认识经历了漫长的岁月，大约在十七世纪形成了两种对立的学说，即光的波动说与微粒说，但在以后很长一段时期内，微粒说占据统治地位，而波动说几乎消声匿迹．历史发展到十九世纪初，由于一连串的发现和众多科学家的努力使光的波动说再次复兴，并压倒了微粒说．二十世纪初，爱因斯坦提出了光的量子说，康普顿证实了光的粒子性，使人们对光的本性又有全新的认识，乃至到今天，人们认识到光具有波粒二象性．人们对光的本性的认识过程可概括为： 光的波动说→光的微粒说→光的波动说→光的量子说→光的粒子说→光的波粒 二象性． 一、光的波动说的形成 十七世纪形成了关于光的本性的两种学说，历史上主张光的波动说有笛卡儿、胡克、惠更斯等人． 1．笛卡儿借助于以太来说明光的传播过程 十七世纪上半叶，法国物理学家笛卡儿（1596—1650）曾用他提出的“以太”假说来说明光的本性．他用以太中的压力来说明光的传播过程．如果一物体被加热并发光，这意味着，物体的粒子处于运动状态并给予这一媒质的粒子以压力．这一媒质被称为以太，它充满了整个空间．压力向四面八方传播，在达到人眼后引起人的感觉，他把人们对物体的视觉比喻为盲人用手杖来感知物体的存在，他把光的颜色设想为起源于以太
粒子的不同的转动速度，转得快的引起红色的感觉，转得慢的对应于黄色，最慢的是绿色和蓝色．他的主张是强调媒质的影响，以“作用”的传播为出发点，特别是以接触作用或近距作用为出发点，把光看作压力或者脉动运动的传播，因而笛卡儿被认为是光的波动说的创始人．2．胡克把光波与水波类比指出光的波动性 胡克在1665 年出版的《显微术》一书，明确提出光是一种振动．他以钻石受到摩擦、打击或加热时在黑暗中发光的现象为例，认为发光体的一部分处在或多或少的运动中，又因金刚石很硬，肯定它是一种很短的振动．在分析光的传播时，胡克提到了光速的大小是有限的，并认为“在一种均匀媒介中，这一运动在各个方向都以相等的速度传播”，因此发光体的每一个振动形成一个球面向四周扩展，犹如石子投入水中所形成的波那样，而射线和波面交成直角．胡克还把波面的思想用于对光的折射现象的研究，提出了薄膜颜色的成因是由于两个界面反射、折射后所形成的强弱不同、超前落后不一致的两束光的叠合．这里已包含着波阵面、干涉等不少波动说的基本概念． 3．惠更斯把光波与声波类比提出惠更斯原理，发展了光的波动学说。荷兰物理学家惠更斯（1629—1695）在十七世纪七十年代，从事光的波动论的研究，1690 年出版了他的著名著作《论光》．惠更斯从光的产生和它所引起的作用两方面来说明光是一种运动．他的研究发现：“光线向各个方面以极高的速度传播，并且光线从不同的地点出发时，光线在传播中相互穿过而互不影响．当我们看到发光的物体时，决不会是由于
第1章地震波正演方法研究 1.1地震波正演研究的目的 地震波正演就是求取地震波在已知的地下地质模型中的传播规律，包括传播时间、路径、能量等。正演通常是地震研究中了解未知问题的第一步。在人工给定的地质模型中进行正演得到的规律能够增进人们对未知模型的认识，从而有助于问题的解决。 地震波的正演研究是理论地震学中较为活跃的课题之一。地震学家成功的发展了许多折射和反射波的计算正演方法，人们从合成记录图中得到了比以往多得多的关于震源和介质的信息。总的来说，正演有以下几个方面的用处： 1.对波场特征进行理论研究； 2.指导野外数据采集工作设计； 3.作为反演解释的理论基础； 4.帮助资料解释。 本文进行正演方法研究与计算的目的是认识初至波的形成规律，了解低降速带的结构变化对地震波反射与折射旅行时的影响，分析来自不同射线路径的初至波和反射波在地面同一点处静校正量是否有一致性。 现在广泛使用的静校正方法多是基于初至折射波的。初至折射静校正是利用浅层初至折射波信息，使用某种方法计算出静校正量，再应用静校正量使受低降速带横向结构变化影响的反射波旅行时归位。这样做的前提在于地表一致性假设，即在地表同一点处，所有的折射波和反射波通过低降速带时都具有相同的路径，因此静校正量是相同的。但在目前的勘探工作中，特别是在山区的勘探中，常常出现与此假设不相符的情况，比如当低速带速度与下伏地层的速度差别不是特别大或当基岩出露时，这种情况下，反射波和折射波在通过低降速带时路径可能存在较大的差异，从而产生不同的校正量。这时再沿用基于初至波的静校正方法就无法得到满意的叠加效果。分析在不同地表结构情况下初至波与反射波静校正量的一致性，对于提高这些地区地震勘探工作的质量是很有意义的。 本章的目的就在于寻找一种对折射波、反射波都能够进行计算的正演方法，为以后的研究工作提供理论依据。本文中，将这种既能追踪折射波，又能追踪