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惠更斯(Huygens)原理

更斯原理表明:空气中任意波前上的各点,都可以看做是新的子波源,其后的任一时刻,这些子波源发射的波前的包络线,就是声波在这一时刻的行波前。波场合成既是运用“惠更斯原理”,使用扬声器阵列代替波前上的子波源,通过WFS的算法。合成出声波分布的状态。
球形波面上的每一点(面源)都是一个次级球面波的子波源,子波的波速与频率等于初级波的波速和频率,此后每一时刻的子波波面的包络就是该时刻总的波动的波面。其核心思想是:介质中任一处的波动状态是由各处的波动决定的。 


光的直线传播、反射、折射等都能以此来进行较好的解释。此外,惠更斯原理还可解释晶体的双折射现象。但是,原始的惠更斯原理是比较粗糙的,用它不能解释衍射现象,而且由惠更斯原理还会导致有倒退波的存在,而这显然是不存在的。 


由于惠更斯原理的次波假设不涉及波的时空周期特性——波长,振幅和位相,虽然能说明波在障碍物后面拐弯偏离直线传播的现象,但实际上,光的衍射现象要细微的多,例如还有明暗相间的条纹出现,表明各点的振幅大小不等,对此惠更斯原理就无能为力了。因此必须能够定量计算光所到达的空间范围内任何一点的振幅,才能更精确地解释衍射现象。

菲涅耳对惠更斯原理的改进

菲涅耳在惠更斯原理的基础上,补充了描述次波的基本特征——位相和振幅的定量表示式,并增加了“次波相干叠加”的原理,从而发展成为惠更斯——菲涅耳原理。这个原理的内容表述如下:
面积元dS所发出的各次波的振幅和位相满足下面四个假设:
(1)在波动理论中,波面是一个等位相面。因而可以认为dS面上各点所发出的所有次波都有相同的初位相(可令其为零)。
(2)次波在P点处所引起的振动的振幅与r成反比。 这相当于表明次波是球面波。
(3)从面元dS所发次波在P处的振幅正比于dS的面积,且与倾角θ有关,其中θ为dS的法线N与dS到P点的连线r之间的夹角,即从dS发出的次波到达P点时的振幅随θ的增大而减小(倾斜因数)。
(4)次波在P点处的位相,由光程nr决定。

 

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