淺析兩類光源下的菲涅耳圓孔衍射*

靳 龍

（湖北汽車工業學院理學院，湖北 十堰 442002）

菲涅耳圓孔衍射實驗不僅操作簡單、現象直觀，而且易于通過圖解法來闡明，被廣泛應用在高中物理、大學物理以及光學的教學素材中[1]。相較于夫瑯禾費衍射，菲涅耳衍射屬于近場衍射，故一般應在距離衍射屏比較近的菲涅耳區觀察出射光波的這類衍射現象，而對入射光的位置和類型則沒有限制[2-5]。隨著激光器的發展和普及，在演示這類現象時，通常以高斯光束替代傳統的自然光波作為入射光源；而在理論教學中，卻以普通的球面光波或平面光波作為入射光源，利用菲涅耳半波帶法和振幅矢量法進行相關理論教學。光源的差異是否會對接收屏上的菲涅耳衍射光強分布產生影響，進而導致理論和實驗教學的不自洽，是專業教師在教學環節中需要探索的問題。

另外，在利用菲涅耳-基爾霍夫積分公式定量計算圓孔菲涅耳衍射時，會遇到非常繁瑣的積分運算，通常只能利用數值積分近似計算，但垂直圓孔中心軸線上的衍射光強分布，卻有解析解。故本文利用菲涅耳-基爾霍夫積分公式，研究了高斯光束和平面光波兩種光源照射下，接收平面對應軸線上的菲涅耳衍射光強分布，探究了這兩類衍射光波相對光強分布隨傳輸距離和圓孔半徑的變化規律，進一步分析了高斯光束束腰半徑對衍射光強分布的影響。研究結果證實了理論和實驗教學中使用不同種類光源進行菲涅耳衍射觀測是可行的，同時相關結論和研究方法可以作為專業教師的教學參考。……