惠更斯-菲涅耳原理


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惠更斯-菲涅耳原理


惠更斯-菲涅耳原理 Huggens-Fresnel principle是以波动理论解释光的传播规律的基本原理。它是在惠更斯原理(Huygens principle)的基础上发展而得的,是研究衍射现象的理论基础,可作为求解波(特别是光波)传播问题的一种近似方法,由荷兰物理学家克里斯蒂安惠更斯(Christiaan Huygens)在创立光的波动说时首先提出的。主要内容为:行进中的波阵面上任一点都可看作是新的次波源,而从波阵面上各点发出的许多次波所形成的包络面,就是原波面在一定时间内所传播到的新波面。



历史


1678年,惠更斯在给巴黎科学院的信和中都阐述了他的光波动原理,即惠更斯原理,这是惠更斯-菲涅耳原理的雏形和基础。

1815年,奥古斯汀-让菲涅尔(Augustin-Jean Fresnel)引入波的相干性,即同时考虑各次波到达某点的作用与次波间的位相关系,补充了惠更斯-菲涅耳原理

应用


惠更斯曾根据这一原理正确地解释了光的反射定律、折射定律和双折射现象。要解释衍射现象实质上是要解决不同方向上的强度分布问题,但惠更斯原理并未涉及强度,也无波长概念,故仅靠惠更斯原理不能解决衍射问题。菲涅尔弥补了惠更斯原理的不足之处,他保留了惠更斯的次波概念,补充了次波相干叠加的概念,解决了波衍射的问题。

E=C∫[K(θ)/r]cos[2π(t/T-r/λ)]dS

局限性


惠更斯-菲涅耳原理不是严格的理论产物,较大程度上是凭朴素的直觉而得到的,对倾斜因子无法给出具体的函数形式 ,菲涅尔只对它作了某种猜测:θ=0时倾斜因子为1,θ=90时下降到零(即假定无后退次波)。后来古斯塔夫罗伯特基尔霍夫(Gustav Robert Kirchhoff)和阿诺德索末菲(Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld)根据一般的波动理论从理论上导出了与菲涅耳的公式十分接近的衍射公式,同时还给出倾斜因子F(θ)的具体函数形式。