惠更斯原理

惠更斯原理 (Huygens Principle)
天主教曉明女子高級中學物理科李忠義老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

惠更斯原理 (Huygens principle)，以物理學家 Christiaan Huygens命名，是一種用來分析、解釋波動如何行進的理論。惠更斯原理可同時解釋波動在遠距離傳遞過程，以及近距離繞射所產生的現象。該理論認為波在傳遞的過程中，波前上任何一點皆可視為一個新的點波源，這些點波源將會往波前進的方向產生新的波，而波動下一時刻的波形便是這些點波源波形疊加合成的結果。惠更斯原理讓我們更容易理解一些波動的現象，如繞射 (diffraction)

舉例來說，假設有兩個房間僅以一條小通道連接，接著在其中一個房間的角落製造聲音，則另一個房間的人會以為聲音發自於連接的通道處。也就是說，對另一個房間的人而言，通道連接處便是這個聲音的聲源。同樣的解釋也適用於光線通過障礙物邊緣時，光線所產生的繞射現象，只是這個現象不容易被觀察到，因為可見光的波長比聲音波長短了許多。

惠更斯原理最常見的應用，便是解釋當一個正弦波（常見如光波、無線電波、X射線等）入射一個狹縫時，波動在狹縫上任何一個點，都可視為點波源，這些點波源接著產生球型波，並往四面八方傳遞（猶如水平面上點波源產生圓形波），而這些波疊加的結果，我們可以透過積分或數值運算求出來。

考慮單狹縫繞射 (single slit diffraction) 的情形，若我們想要計算屏幕上何處會產生相消性干涉 (interference minima) 時，通常我們的作法是將狹縫放大，並在狹縫上畫上更小的點波源（或者稱為更小的狹縫），接著使這些點波源產生光波以進行分析。又我們知道，當兩點波源的波程相差 \(\lambda/2\) 時，將會產生破壞性干涉 (destructive interference)，因此我們可以大約估算，在狹縫上並排的所有點波源中，波程差為  \(\lambda\) 的兩點波源之間，所有波源都可以找到兩兩互相抵銷的點波源，因此這些點波源發出的光波入射至屏幕上時，將會產生完全破壞性干涉，進而產生暗紋 (dark stripe)。

參考資料
1.維基百科–惠更斯原理  http://en.wikipedia.org/wiki/Huygens-Fresnel_principle