光衍射現(xiàn)象單縫夫瑯禾費(fèi)衍射圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射光柵衍射光偏振

1、縫較大時(shí)，光沿直線傳播縫較大時(shí)，光沿直線傳播 陰陰 影影 屏幕屏幕 屏幕屏幕 一一、光的衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象 光的衍射現(xiàn)象。光的衍射現(xiàn)象。 縫寬很小縫寬很小 時(shí)，發(fā)生衍射現(xiàn)象時(shí)，發(fā)生衍射現(xiàn)象 4 ( 10)m 光的衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象 光的衍射光的衍射 惠更斯惠更斯 菲涅爾原理菲涅爾原理 14.414.4 衍射現(xiàn)象的解說衍射現(xiàn)象的解說 圓孔衍射圓孔衍射 單縫衍射單縫衍射 P K * * S K * * S 二、菲涅爾衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射二、菲涅爾衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射 菲菲 涅涅 爾爾 衍衍 射射 衍射物衍射物 S 光源、接收屏光源、接收屏 ( (或兩者之一或兩者之一) )與與 衍射屏相距有限遠(yuǎn)衍射

2、屏相距有限遠(yuǎn) P 夫夫 瑯瑯 禾禾 費(fèi)費(fèi) 衍衍 射射 光源、接收屏與衍射屏相距無(wú)限遠(yuǎn)光源、接收屏與衍射屏相距無(wú)限遠(yuǎn) 衍射物衍射物 K 1 L 2 L 在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn) 夫瑯禾費(fèi)衍射夫瑯禾費(fèi)衍射 S K P 惠更斯原理：波陣面上每一點(diǎn)都可看作發(fā)射子波的波源惠更斯原理：波陣面上每一點(diǎn)都可看作發(fā)射子波的波源, , 這些子波的包絡(luò)面就是下一時(shí)刻的新的波陣面這些子波的包絡(luò)面就是下一時(shí)刻的新的波陣面 菲涅耳補(bǔ)充指出：菲涅耳補(bǔ)充指出：1.1.同一波陣面上各子波源發(fā)出的光波在空同一波陣面上各子波源發(fā)出的光波在空 間相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生干涉。間相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生干涉。 d d( ) S AK r ()K 稱為傾斜

3、因子稱為傾斜因子 P P點(diǎn)總的光振動(dòng)為波面點(diǎn)總的光振動(dòng)為波面S S上所有點(diǎn)波上所有點(diǎn)波 源在該點(diǎn)引起的光振動(dòng)的相干疊加。源在該點(diǎn)引起的光振動(dòng)的相干疊加。 ( )( )0 2 KK，當(dāng)時(shí)， S dS r n e * P 14.4.2 14.4.2 惠更斯惠更斯- -菲涅耳原理菲涅耳原理 2 cos1 )( k 單縫夫瑯禾費(fèi)衍射的解單縫夫瑯禾費(fèi)衍射的解說說 單縫夫瑯和費(fèi)衍射單縫夫瑯和費(fèi)衍射 14.5 一、衍射實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介一、衍射實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介 夫夫 瑯瑯 禾禾 費(fèi)費(fèi) 單單 縫縫 衍衍 射射 衍射角衍射角 a 0 P f L E K A B O O P 夫夫 瑯瑯 禾禾 費(fèi)費(fèi) 單單 縫縫 衍衍 射射

4、衍射角衍射角 a 0 P f L E K A B O O P 衍射后沿某一方向傳播的光線與平面衍射屏法線之間的夾角衍射后沿某一方向傳播的光線與平面衍射屏法線之間的夾角 ，稱為衍射角稱為衍射角. .正負(fù)規(guī)定正負(fù)規(guī)定: :從法線到光線為逆時(shí)針繞向從法線到光線為逆時(shí)針繞向, , 取正值取正值, ,反之取負(fù)值，取值范圍反之取負(fù)值，取值范圍 2 2 C 二、衍射條紋分析二、衍射條紋分析 夫夫 瑯瑯 禾禾 費(fèi)費(fèi) 單單 縫縫 衍衍 射射 a f L E K A B O O 1.1.衍射角為零衍射角為零( (即垂直衍射物入射即垂直衍射物入射) )的所有光線被透鏡的所有光線被透鏡L L會(huì)會(huì) 聚到焦點(diǎn)聚到焦點(diǎn)O(

5、P(P0 0),),它們到達(dá)該點(diǎn)時(shí)相位相同它們到達(dá)該點(diǎn)時(shí)相位相同, ,O(P(P0 0) )點(diǎn)為中點(diǎn)為中 央明條紋。央明條紋。 0 P C 二、衍射條紋分析二、衍射條紋分析 夫夫 瑯瑯 禾禾 費(fèi)費(fèi) 單單 縫縫 衍衍 射射 衍射角衍射角 a 0 P f L E K A B O O P sina 的平行光線會(huì)聚于屏幕上的平行光線會(huì)聚于屏幕上P P點(diǎn)點(diǎn) AB AB面上各點(diǎn)發(fā)出的光線到達(dá)面上各點(diǎn)發(fā)出的光線到達(dá)P P點(diǎn)的光程各不相同點(diǎn)的光程各不相同. .過過A A點(diǎn)作點(diǎn)作 平面平面AC,ACAC,AC面上各點(diǎn)到點(diǎn)面上各點(diǎn)到點(diǎn)P P的光程都相等的光程都相等, ,從面從面ABAB上各點(diǎn)發(fā)出的上各點(diǎn)發(fā)出的 光

6、線到達(dá)光線到達(dá)P P點(diǎn)的相位差點(diǎn)的相位差, ,就對(duì)應(yīng)于從面就對(duì)應(yīng)于從面ABAB到面到面ACAC的光程差。的光程差。 兩條邊緣光線之間的光程差兩條邊緣光線之間的光程差 sina C 作一些平行于作一些平行于ACAC的平面，相鄰的平面，相鄰 兩平面間的距離是入射光的半兩平面間的距離是入射光的半 波長(zhǎng)，即波長(zhǎng)，即/2,/2,這些平面將這些平面將ABAB 分成面積相等的整數(shù)個(gè)半波帶分成面積相等的整數(shù)個(gè)半波帶 112 ,AAA A 菲涅爾波帶法菲涅爾波帶法 1 A 2 A 2/ 0 P P A B K L C o (2)(2)兩相鄰半波帶上兩相鄰半波帶上, ,任何兩個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)任何兩個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)( (如如A A

7、1 1A A2 2上的點(diǎn)上的點(diǎn)G G1 1與與A A2 2B B上上 的點(diǎn)的點(diǎn)G G2 2) )所發(fā)出的光線到達(dá)所發(fā)出的光線到達(dá)ACAC面時(shí)光程差為面時(shí)光程差為/2,/2,相位差為相位差為 , , 在在P P點(diǎn)會(huì)聚時(shí)將一一抵消點(diǎn)會(huì)聚時(shí)將一一抵消, ,將這種波帶稱為將這種波帶稱為“半波帶半波帶”， (1)(1)各個(gè)半波帶的面積相等各個(gè)半波帶的面積相等, ,所以各個(gè)半波帶在所以各個(gè)半波帶在P P點(diǎn)引起點(diǎn)引起 的光振幅接近相等。的光振幅接近相等。 半波帶在半波帶在P P點(diǎn)引起的光振動(dòng)的特點(diǎn)：點(diǎn)引起的光振動(dòng)的特點(diǎn)： 結(jié)論結(jié)論 相鄰半波帶發(fā)出的光線在相鄰半波帶發(fā)出的光線在P P點(diǎn)引起的光振動(dòng)完全抵消點(diǎn)引

8、起的光振動(dòng)完全抵消 2 G 1 G 衍射角衍射角越大越大, ,半波帶越多半波帶越多 sin2 2 ak 相鄰兩半波帶發(fā)出的光在相鄰兩半波帶發(fā)出的光在P P 點(diǎn)成對(duì)地互相干涉抵消，點(diǎn)成對(duì)地互相干涉抵消，P P點(diǎn)點(diǎn) 出現(xiàn)暗條紋出現(xiàn)暗條紋 (1)(1)當(dāng)當(dāng)BCBC是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍，單是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍，單 縫可分成偶數(shù)個(gè)半波帶數(shù)縫可分成偶數(shù)個(gè)半波帶數(shù), ,則則 (1, 2,3,)k 0 P E K A B P C 1 A 2/ L sin(21) 2 ak (1,2,3,)k 互相干涉抵消的結(jié)果還剩下互相干涉抵消的結(jié)果還剩下 一個(gè)半波帶發(fā)出的光未被抵消，一個(gè)半波帶發(fā)出的光未被抵消， P P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋

9、點(diǎn)出現(xiàn)明條紋 (2)(2)當(dāng)當(dāng)BCBC是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍, ,單單 縫可分成奇數(shù)個(gè)半波帶數(shù)縫可分成奇數(shù)個(gè)半波帶數(shù), ,則則 1 A 2 A C 2/ o PA B K LE 0 P ), 3 ,2, 1(k kka 2 2sin 2 )12(sin ka sin 2 ak （介于明暗之間）（介于明暗之間） 0sin a中央明紋中央明紋 結(jié)論結(jié)論 0 0 稱為中央明紋，稱為中央明紋，k =1,2,3, =1,2,3, 分別稱為第一、二、分別稱為第一、二、 三、三、級(jí)明紋（或暗紋），上列各式中的正負(fù)號(hào)表示條紋級(jí)明紋（或暗紋），上列各式中的正負(fù)號(hào)表示條紋 對(duì)稱分布于中央明紋的兩側(cè)。對(duì)稱

10、分布于中央明紋的兩側(cè)。 當(dāng)當(dāng) 很小時(shí)很小時(shí) k 三、衍射條紋的特征三、衍射條紋的特征 設(shè)縫寬設(shè)縫寬a、波長(zhǎng)、波長(zhǎng) ，縫屏，縫屏 距離就是透鏡焦距距離就是透鏡焦距f f o 1 x 1k x k x 1 1k k a kk fxtan kkk ffxsintan a kf 2 ) 12( a kf 2.2.明紋寬度明紋寬度 (1)(1)與第一級(jí)暗紋中心對(duì)應(yīng)的衍與第一級(jí)暗紋中心對(duì)應(yīng)的衍 射角射角1 1稱為中央明紋的半角寬度稱為中央明紋的半角寬度 1 arcsin a 中央明紋寬度中央明紋寬度( (兩個(gè)第一級(jí)暗兩個(gè)第一級(jí)暗 紋間距離紋間距離) ) 011 22tanlxf 當(dāng)當(dāng) 很小時(shí)很小時(shí), ,

11、1 a 1 01 2 2 f laf a 中央明紋寬度中央明紋寬度 三、衍射條紋的特征三、衍射條紋的特征 (2)(2)其它明紋寬度其它明紋寬度( (相相 鄰暗紋間距鄰暗紋間距) ) 1 tantan kk ff f l a 中央明紋的寬度為中央明紋的寬度為 較小級(jí)數(shù)明紋的兩倍較小級(jí)數(shù)明紋的兩倍 當(dāng)當(dāng) 很小時(shí)很小時(shí), , k 1kk lxx ( (不均勻不均勻) ) 三、衍射條紋的特征三、衍射條紋的特征 k越大，越大，A A波陣面分成的波帶波陣面分成的波帶 數(shù)越多數(shù)越多, ,每個(gè)半波帶的面積就越每個(gè)半波帶的面積就越 小小, ,未被抵消的半波帶在未被抵消的半波帶在P P點(diǎn)引起點(diǎn)引起 的光強(qiáng)越弱的光

12、強(qiáng)越弱, ,各級(jí)明紋隨著級(jí)次各級(jí)明紋隨著級(jí)次 的增加而光強(qiáng)減弱，加上中央明的增加而光強(qiáng)減弱，加上中央明 紋的光強(qiáng)占總光強(qiáng)的絕大部分紋的光強(qiáng)占總光強(qiáng)的絕大部分 衍射條紋的位置和寬度與縫寬成反比衍射條紋的位置和寬度與縫寬成反比, ,與波長(zhǎng)成正比?？p與波長(zhǎng)成正比?？p 越窄越窄, ,條紋位置離中心越遠(yuǎn)條紋位置離中心越遠(yuǎn), ,條紋排列越疏條紋排列越疏, ,衍射圖象越清晰。衍射圖象越清晰。 當(dāng)縫寬大到一定程度當(dāng)縫寬大到一定程度, ,較高級(jí)次的條紋亮度很小較高級(jí)次的條紋亮度很小, ,明暗模糊不清明暗模糊不清, , 形成很暗的背景形成很暗的背景, ,其它級(jí)次較低的條紋完全并入衍射角很小的其它級(jí)次較低的條紋完全

13、并入衍射角很小的 中央明紋附近中央明紋附近, ,形成單一的明紋形成單一的明紋, ,這就是幾何光學(xué)中所說的單縫這就是幾何光學(xué)中所說的單縫 的像的像, ,這時(shí)衍射現(xiàn)象消失這時(shí)衍射現(xiàn)象消失, ,歸結(jié)為直線傳播的幾何光學(xué)。幾何光歸結(jié)為直線傳播的幾何光學(xué)。幾何光 學(xué)是波動(dòng)光學(xué)的極限情況。學(xué)是波動(dòng)光學(xué)的極限情況。 1.1.減小縫寬，中央明紋寬度如何變化？減小縫寬，中央明紋寬度如何變化？ 思考題：思考題： 01 2 2 f laf a 2.2.減小入射光波長(zhǎng)，中央明紋寬度如何變化？減小入射光波長(zhǎng)，中央明紋寬度如何變化？ 思考題：思考題： 01 2 2 f laf a 3.3.如果單縫上移，中央明紋的位置是否

14、移動(dòng)？如果單縫上移，中央明紋的位置是否移動(dòng)？ 思考題：思考題： o K f a A B 4.4.如圖如圖, ,入射光非垂直入射入射光非垂直入射, ,中央明紋的位置是否移動(dòng)？中央明紋的位置是否移動(dòng)？ (sinsin )a () 1DBBC （中央明紋向下移動(dòng)）（中央明紋向下移動(dòng)） D C 例例 波長(zhǎng)波長(zhǎng) =5000 =5000的平行光垂直照射在一個(gè)單縫上的平行光垂直照射在一個(gè)單縫上, ,a=0.5mm,=0.5mm, f=1m=1m。如果在屏幕上離中央亮紋中心。如果在屏幕上離中央亮紋中心x=3.5mm=3.5mm處的處的P P點(diǎn)為亮紋點(diǎn)為亮紋, , 試求試求(1)P(1)P處亮紋的級(jí)數(shù)處亮紋的級(jí)

15、數(shù);(2);(2)從從P P處看處看, ,對(duì)該光波而言對(duì)該光波而言, ,狹縫處的狹縫處的 波陣面可分割成幾個(gè)半波帶？波陣面可分割成幾個(gè)半波帶？ tan x f 1 3 2 ax k f sintan x f a f P x o (2)(2)當(dāng)當(dāng)k=3=3時(shí)，光程差時(shí)，光程差 2 7 2 ) 12(sin ka 狹縫處波面可分成狹縫處波面可分成7 7個(gè)半波帶個(gè)半波帶 3 3.5 101 解（解（1 1）由明紋條件由明紋條件 sin(21) 2 ak 例例 波長(zhǎng)波長(zhǎng) =5000 =5000的平行光垂直照射在一個(gè)單縫上。的平行光垂直照射在一個(gè)單縫上。如果所用如果所用 單縫的寬度單縫的寬度a=0.5m

16、m=0.5mm，縫后緊挨著的薄透鏡焦距，縫后緊挨著的薄透鏡焦距f=1m=1m，求，求(1)(1)中中 央明條紋的角寬度央明條紋的角寬度;(b);(b)中央亮紋的線寬度中央亮紋的線寬度;(c);(c)第一、二級(jí)暗第一、二級(jí)暗 紋的距離。紋的距離。 解解 (1)(1)中央明條紋的角寬度中央明條紋的角寬度( (兩個(gè)一級(jí)暗紋之間的角距離兩個(gè)一級(jí)暗紋之間的角距離) ) aa sin 3 1 3 20.5m 222 10 rad 0.5 10 ma (3)(3)第一、二級(jí)暗紋的距離第一、二級(jí)暗紋的距離 3 0 2 2 10 m2mm f l a 33 21 2 ()1(2101 10)m1mmxf aa

17、(2)(2)中央亮紋的線寬度中央亮紋的線寬度 3 1 sin101 a 注注: :當(dāng)當(dāng) 很小時(shí)，很小時(shí)， 須弧度為單位須弧度為單位 tansin, 第一暗環(huán)所圍成的中央光斑稱為愛里斑第一暗環(huán)所圍成的中央光斑稱為愛里斑 K S L 愛愛 里里 斑斑 d 平行單色光經(jīng)圓孔衍射、透鏡平行單色光經(jīng)圓孔衍射、透鏡L L會(huì)聚，在會(huì)聚，在L L焦平面上衍焦平面上衍 射圖樣為：中央是一個(gè)較亮的圓斑，集中了絕大多數(shù)光強(qiáng)，射圖樣為：中央是一個(gè)較亮的圓斑，集中了絕大多數(shù)光強(qiáng)， 外圍是一組同心的暗環(huán)和明環(huán)。外圍是一組同心的暗環(huán)和明環(huán)。 圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng) 14.61

18、4.6 14.6.1 圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射 d f 1 D LE 1 1 sin1.22 D 愛里斑的半角寬度愛里斑的半角寬度( (愛里斑的半徑對(duì)透鏡光心愛里斑的半徑對(duì)透鏡光心 的張角的張角) )即為第一級(jí)暗環(huán)所對(duì)應(yīng)的衍射角。即為第一級(jí)暗環(huán)所對(duì)應(yīng)的衍射角。 1 2tandf 若若D為圓孔直徑，為圓孔直徑， 理論計(jì)算出理論計(jì)算出 11 sin1.22 D 通常通常 D 若透鏡焦距為若透鏡焦距為f, ,愛里斑直徑為愛里斑直徑為d 11 2tan2sin2.44dfff D 14.6.2 14.6.2 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng) 理想光學(xué)系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)可以達(dá)到無(wú)限大。理想光學(xué)系

19、統(tǒng)的分辨本領(lǐng)可以達(dá)到無(wú)限大。 普通光學(xué)系統(tǒng)成像時(shí)普通光學(xué)系統(tǒng)成像時(shí), ,入射光可看成平行光透過鏡頭成像于入射光可看成平行光透過鏡頭成像于 底片底片, ,可視為夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射。透鏡、光闌相當(dāng)于透光圓孔可視為夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射。透鏡、光闌相當(dāng)于透光圓孔 從波動(dòng)光學(xué)的觀點(diǎn)從波動(dòng)光學(xué)的觀點(diǎn), ,點(diǎn)物的像是一個(gè)具有一定大小的斑點(diǎn)物的像是一個(gè)具有一定大小的斑, , 靠得太近的斑會(huì)互相重疊而無(wú)法分辨?？康锰陌邥?huì)互相重疊而無(wú)法分辨。 如用望遠(yuǎn)鏡觀察遙遠(yuǎn)天空中的一對(duì)雙星如用望遠(yuǎn)鏡觀察遙遠(yuǎn)天空中的一對(duì)雙星S S1 1、S S2 2, ,望遠(yuǎn)鏡物鏡望遠(yuǎn)鏡物鏡 的邊框相當(dāng)于一個(gè)圓孔。雙星將在物鏡的焦平面上形成兩個(gè)

20、夫的邊框相當(dāng)于一個(gè)圓孔。雙星將在物鏡的焦平面上形成兩個(gè)夫 瑯禾費(fèi)衍射斑。雙星對(duì)望遠(yuǎn)鏡張的瑯禾費(fèi)衍射斑。雙星對(duì)望遠(yuǎn)鏡張的 角距離，和兩個(gè)愛里斑角距離，和兩個(gè)愛里斑A A1 1、A A2 2對(duì)對(duì) 物鏡中心張的角距離都為物鏡中心張的角距離都為 A A 1 1 A A 2 2 S S1 1 S S2 2 f f S1 S2 S1 S2 S1 S2 能分辨能分辨 恰能分辨恰能分辨 不能分辨不能分辨 對(duì)兩個(gè)強(qiáng)度相等的不相干點(diǎn)光源對(duì)兩個(gè)強(qiáng)度相等的不相干點(diǎn)光源, ,一個(gè)點(diǎn)光源的一個(gè)點(diǎn)光源的 衍射圖樣的主極大剛好和另一點(diǎn)光源衍射圖樣的第一極小衍射圖樣的主極大剛好和另一點(diǎn)光源衍射圖樣的第一極小 重合重合, ,這時(shí)

21、兩個(gè)點(diǎn)光源恰為這一光學(xué)儀器所分辨。這時(shí)兩個(gè)點(diǎn)光源恰為這一光學(xué)儀器所分辨。 0 8 . 0 I 瑞利判據(jù)瑞利判據(jù): : 注意注意: :(1)(1)瑞利判據(jù)中的兩點(diǎn)光源強(qiáng)度相等瑞利判據(jù)中的兩點(diǎn)光源強(qiáng)度相等, ,但不相干；但不相干； (2) (2)一旦兩個(gè)物點(diǎn)的愛里斑重合，無(wú)論放大本領(lǐng)多大一旦兩個(gè)物點(diǎn)的愛里斑重合，無(wú)論放大本領(lǐng)多大, , 也無(wú)法辨認(rèn)也無(wú)法辨認(rèn), ,衍射限制了光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)。衍射限制了光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)。 在光學(xué)中在光學(xué)中, ,最小分辨角的倒數(shù)最小分辨角的倒數(shù)1 10 0稱光學(xué)儀器的分辨率稱光學(xué)儀器的分辨率R S1 S2 0 S S1 1 S S2 2 1 01 arcsin(1.

22、22) D 當(dāng)當(dāng)0 0很小時(shí)很小時(shí) 01 1.22 D 01 11 1.22 D R 當(dāng)當(dāng)0 0很小時(shí)很小時(shí) 定義定義 兩恰能分辨的物點(diǎn)對(duì)透鏡光心的張角稱為光學(xué)儀器的兩恰能分辨的物點(diǎn)對(duì)透鏡光心的張角稱為光學(xué)儀器的 最小分辨角最小分辨角, ,用用0 0表示表示, ,它正好等于每個(gè)愛里斑的半角寬度它正好等于每個(gè)愛里斑的半角寬度, ,即即 分辨率的解分辨率的解說說 如何提高儀器分辨率？如何提高儀器分辨率？ 如大口徑天文望遠(yuǎn)鏡如大口徑天文望遠(yuǎn)鏡 0 1 1.22 D R 方法之一：方法之一： 不可選擇，可使透鏡鏡頭直徑不可選擇，可使透鏡鏡頭直徑D D 方法之二：方法之二：D D不可選擇，可使入射光的波

23、長(zhǎng)不可選擇，可使入射光的波長(zhǎng) 電子電子 (0.1 (0.1 1) 1) 電子顯微鏡分辨本領(lǐng)很高電子顯微鏡分辨本領(lǐng)很高 通常人眼瞳孔直徑約通常人眼瞳孔直徑約3mm3mm，對(duì)，對(duì) 5500 5500 的黃綠光最敏感，的黃綠光最敏感， 能分辨能分辨 0 01 1 , ,相當(dāng)于在 相當(dāng)于在9m9m遠(yuǎn)處可分辨相距約遠(yuǎn)處可分辨相距約2mm2mm的兩個(gè)點(diǎn)。的兩個(gè)點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)中遇到的問題實(shí)驗(yàn)中遇到的問題 原則上可用單色光通過單縫所產(chǎn)原則上可用單色光通過單縫所產(chǎn) 生的衍射條紋來(lái)測(cè)量光的波長(zhǎng)。但為了測(cè)量準(zhǔn)確生的衍射條紋來(lái)測(cè)量光的波長(zhǎng)。但為了測(cè)量準(zhǔn)確, ,要求要求 條紋必須分得很開條紋必須分得很開, ,條紋既細(xì)且亮。

24、然而對(duì)單縫來(lái)說條紋既細(xì)且亮。然而對(duì)單縫來(lái)說, , 這兩個(gè)要求難以達(dá)到。因?yàn)闂l紋要分得開這兩個(gè)要求難以達(dá)到。因?yàn)闂l紋要分得開, ,寬度則更小寬度則更小, , 通過單縫的光能量就少通過單縫的光能量就少, , 條紋不夠明亮，難以看清條紋不夠明亮，難以看清; ;反反 之，若加大縫寬之，若加大縫寬, ,雖然條紋較明亮雖然條紋較明亮, ,但條紋間距變小但條紋間距變小, ,不不 易分辨。易分辨。 光柵衍射光柵衍射 14.7 14.7.1 14.7.1 光柵衍射光柵衍射 任何具有空間周期性的衍射屏任何具有空間周期性的衍射屏, ,如晶體點(diǎn)陣中的原子或離子如晶體點(diǎn)陣中的原子或離子 一、（衍射）光柵一、（衍射）光柵

25、 由大量等間距、等寬度的平行狹縫所組成的光學(xué)元件由大量等間距、等寬度的平行狹縫所組成的光學(xué)元件 透射光柵透射光柵 在玻璃片上刻出大量平行刻在玻璃片上刻出大量平行刻 痕痕, ,刻痕為不透光部分刻痕為不透光部分, ,兩塊刻兩塊刻 痕之間的光滑部分可以透光痕之間的光滑部分可以透光, , 相當(dāng)于狹縫。這種利用透射光相當(dāng)于狹縫。這種利用透射光 衍射的光柵稱為透射光柵衍射的光柵稱為透射光柵 反射光柵反射光柵 在鍍有金屬層的表面上刻在鍍有金屬層的表面上刻 出許多平行刻痕，兩刻痕間出許多平行刻痕，兩刻痕間 的光滑金屬面可以反射光的光滑金屬面可以反射光, , 這種利用兩刻痕間的反射光這種利用兩刻痕間的反射光 衍

26、射的光柵稱為反射光柵。衍射的光柵稱為反射光柵。 光柵常數(shù)光柵常數(shù) 光柵常數(shù)光柵常數(shù) d 的數(shù)量級(jí)通常在的數(shù)量級(jí)通常在1010-5 -5-10 -10-6 -6m, m, 即即10105 5-10-106 6條條 /m/m，或，或100-1000100-1000條條/mm/mm。電子束刻制可達(dá)幾萬(wàn)條。電子束刻制可達(dá)幾萬(wàn)條/mm(d/mm(d 0.10.1 m m) )。 ba 光柵常數(shù)光柵常數(shù) d= =a+ +b a a 透光部分的寬度透光部分的寬度 b b 不透光部分的寬度不透光部分的寬度 二、光柵方程二、光柵方程 (1)(1)如果如果N條縫輪流開放，屏上出現(xiàn)什么結(jié)果？條縫輪流開放，屏上出現(xiàn)什

27、么結(jié)果？ (2)(2)如果如果N條縫同時(shí)開放條縫同時(shí)開放( (假設(shè)假設(shè)N條光不干涉條光不干涉) )，屏，屏 上明、暗紋位置是否會(huì)變化？光強(qiáng)如何變化？上明、暗紋位置是否會(huì)變化？光強(qiáng)如何變化？ (3)(3)如果如果N條縫同時(shí)開放條縫同時(shí)開放( (N條光是相干光，且條光是相干光，且 相位差恒定相位差恒定) )，屏上出現(xiàn)什么結(jié)果？，屏上出現(xiàn)什么結(jié)果？ 光柵衍射條紋是單縫衍射和多縫干涉的總效果光柵衍射條紋是單縫衍射和多縫干涉的總效果 或或N條縫的干涉條紋要受到單縫衍射的調(diào)制條縫的干涉條紋要受到單縫衍射的調(diào)制 設(shè)平行單色光垂直設(shè)平行單色光垂直 照射光柵，各縫具有照射光柵，各縫具有 相同衍射角相同衍射角的一

28、組平的一組平 行光都會(huì)聚于屏上同行光都會(huì)聚于屏上同 一點(diǎn)，這些光波疊加一點(diǎn)，這些光波疊加 彼此產(chǎn)生干涉。彼此產(chǎn)生干涉。 任意相鄰兩縫對(duì)應(yīng)點(diǎn)射出衍射角為任意相鄰兩縫對(duì)應(yīng)點(diǎn)射出衍射角為的衍射光到達(dá)的衍射光到達(dá)P P點(diǎn)處點(diǎn)處 的光程差均為的光程差均為 ( (a+ +b)sin)sind sinsin P 焦距焦距 f f 衍射屏衍射屏 觀察屏觀察屏 透鏡透鏡L o d dsin 0,1,2,k 明紋條件明紋條件 的正負(fù)表示明條紋關(guān)于中央明紋對(duì)稱分布的正負(fù)表示明條紋關(guān)于中央明紋對(duì)稱分布 k =0=0的明條紋稱為中央明紋的明條紋稱為中央明紋 ，的稱為第一級(jí)、第二級(jí)、，的稱為第一級(jí)、第二級(jí)、 級(jí)明紋級(jí)明紋

29、 1,2,k 光柵方程光柵方程 sindk 三、光柵衍射條紋的特征三、光柵衍射條紋的特征 (0,1,2,)k sindk 總振動(dòng)的振幅是來(lái)自一條縫的光的振幅總振動(dòng)的振幅是來(lái)自一條縫的光的振幅 的的 N 倍倍, ,總光強(qiáng)是來(lái)自一條縫光強(qiáng)的總光強(qiáng)是來(lái)自一條縫光強(qiáng)的 N 2 2 倍 倍 推導(dǎo)推導(dǎo) 1.0 0.047 0.017 0.008 -1-2-4-31234 -1.43-2.46-3.473.47 2.461.43 0 次極大次極大 主極大主極大 0 I )(I sina sina u 三、光柵衍射條紋的特征三、光柵衍射條紋的特征 (0,1,2,)k sindk sinNd 0中央明紋中央明紋

30、 在稍稍偏過在稍稍偏過 ( (很小很小) )方向，如果方向，如果 光柵最上邊一條縫的上邊緣與最下邊一條光柵最上邊一條縫的上邊緣與最下邊一條 縫的下邊緣發(fā)出的光的光程差等于波長(zhǎng)縫的下邊緣發(fā)出的光的光程差等于波長(zhǎng) 此時(shí)，光柵上、下兩半寬度內(nèi)相應(yīng)的縫發(fā)出的光到達(dá)屏上此時(shí)，光柵上、下兩半寬度內(nèi)相應(yīng)的縫發(fā)出的光到達(dá)屏上 時(shí)都將是反相的，它們都將相消干涉，以致總光強(qiáng)為零。時(shí)都將是反相的，它們都將相消干涉，以致總光強(qiáng)為零。 第一級(jí)暗紋位置第一級(jí)暗紋位置 sin Nd sinNd 2 2 Nd 中央明紋的角寬度中央明紋的角寬度 1kk 1kk ddd 三、光柵衍射條紋的特征三、光柵衍射條紋的特征 (0,1,2

31、,)k sindk 1 sinsin kk (2)一定一定, ,d越小，各級(jí)明紋的衍射則越大，條紋越小，各級(jí)明紋的衍射則越大，條紋 分布越稀疏分布越稀疏 (3) d一定一定, , 主極大、次極大的位置與主極大、次極大的位置與N無(wú)關(guān)無(wú)關(guān) 比較：比較： (1) (1)中央明紋的角寬度中央明紋的角寬度 比其它明紋的比其它明紋的 角距離角距離 小得多小得多 2 2 Nd d 中央明紋既細(xì)且亮中央明紋既細(xì)且亮 I n n n 0 1 2 34 5 6 0 0 12 1 2 3 4 2N 4N 6N 多光束干涉的特點(diǎn)是：多光束干涉的特點(diǎn)是： 在幾乎黑暗的背景上出現(xiàn)在幾乎黑暗的背景上出現(xiàn) 一系列又細(xì)又亮的明

32、紋，一系列又細(xì)又亮的明紋， 光柵縫數(shù)越多，形成的明光柵縫數(shù)越多，形成的明 紋將越細(xì)越亮。紋將越細(xì)越亮。 在兩個(gè)主極大之間有在兩個(gè)主極大之間有 N-1-1個(gè)極小個(gè)極小, ,N-2-2個(gè)次極大個(gè)次極大, , 這些次極大的光強(qiáng)僅為主這些次極大的光強(qiáng)僅為主 極大的極大的4%4%左右左右 三、光柵衍射條紋的特征三、光柵衍射條紋的特征 當(dāng)當(dāng)d一定，多縫干涉和一定，多縫干涉和 雙縫干涉明紋間距相等雙縫干涉明紋間距相等 ( (與與N無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)) )。隨著縫數(shù)的。隨著縫數(shù)的 增加，明紋變得越細(xì)、越增加，明紋變得越細(xì)、越 亮，明紋間是大片暗區(qū)亮，明紋間是大片暗區(qū) 三、光柵衍射條紋的特征三、光柵衍射條紋的特征 單縫單

33、縫 雙縫雙縫 三縫三縫 五縫五縫 2020縫縫 I 0 1 23456 0 0 12 1 23456-1-2-3-4-5-6 -1-2-3-4-5-6 -1-2 sina sind 3 a d 單縫衍射單縫衍射 多縫干涉多縫干涉 多縫衍射多縫衍射 sina u sind 2 2 0 sinsin sin uN u II 總 三、光柵衍射條紋的特征三、光柵衍射條紋的特征 多縫干涉的多縫干涉的k級(jí)極大處正好級(jí)極大處正好 是單縫衍射的是單縫衍射的k 級(jí)極小處級(jí)極小處, ,所所 此處干涉明條紋將不出現(xiàn)此處干涉明條紋將不出現(xiàn), ,稱稱 這一現(xiàn)象為缺級(jí)這一現(xiàn)象為缺級(jí) sinak 單縫衍射暗紋單縫衍射暗紋

34、sindk 多縫干涉極大多縫干涉極大 缺級(jí)級(jí)次缺級(jí)級(jí)次 k a d k 光柵缺級(jí)解說光柵缺級(jí)解說 2 2級(jí)級(jí)1 1級(jí)級(jí) 1 1級(jí)級(jí) 2 2級(jí)級(jí) 3 3級(jí)級(jí) 3 3級(jí)級(jí)0 0級(jí)級(jí) 物質(zhì)的光譜可用于研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，原子、分子的光物質(zhì)的光譜可用于研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，原子、分子的光 譜則是了解原子、分子及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要依據(jù)。譜則是了解原子、分子及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要依據(jù)。 當(dāng)復(fù)色光入射時(shí)，當(dāng)復(fù)色光入射時(shí)，d一定，一定， 除中央明紋外，不同波長(zhǎng)的同一級(jí)明紋的角位置不同除中央明紋外，不同波長(zhǎng)的同一級(jí)明紋的角位置不同, ,按按 波長(zhǎng)由短到長(zhǎng)的次序自中央向外側(cè)依次分開排列波長(zhǎng)由短到長(zhǎng)的次序自中央向外側(cè)依次分開排列,

35、 ,每一干涉幾每一干涉幾 次都有這樣的一組譜線，稱為光柵光譜。次都有這樣的一組譜線，稱為光柵光譜。 光柵光譜光柵光譜 例例 用白光照射在每厘米有用白光照射在每厘米有65006500條刻痕的平面光柵上，求第條刻痕的平面光柵上，求第 3 3級(jí)光譜線的張角。級(jí)光譜線的張角。 解解 1 cm1.54m 6500 d 注注 第第3 3級(jí)光譜中所能級(jí)光譜中所能 出現(xiàn)的最大波長(zhǎng)出現(xiàn)的最大波長(zhǎng) 00 min 9038.74 由光柵方程由光柵方程 0 min min 4 33 4000 arcsinarcsin51.25 1.54 10d 0 max max 3 arcsin90 d 第第3 3級(jí)光譜不完整，只

36、能出現(xiàn)一部分，張角為級(jí)光譜不完整，只能出現(xiàn)一部分，張角為 0 0 sin90 5130A 3 d 例例 平行光垂直入射到光柵上平行光垂直入射到光柵上, ,該光束有兩種波長(zhǎng)該光束有兩種波長(zhǎng) 1 1=4400,=4400, 2 2=6600=6600。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩種波長(zhǎng)的譜線。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩種波長(zhǎng)的譜線( (不計(jì)中央明紋不計(jì)中央明紋) )第二第二 次重合于衍射角次重合于衍射角=60=600 0的方向上，求此光柵的光柵常數(shù)的方向上，求此光柵的光柵常數(shù)d。 解解 111 sinkd 222 sinkd 2 1 22 11 2 1 3 2 sin sin k k k k 第二次重合第二次重合k1 1=6,

37、 =6, k2 2=4=4 0 1 sin6063.05mdd 12 兩譜線重合兩譜線重合 所以所以 12 21 36 24 k k 例例 波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為600600nm的單色光垂直入射于光柵。第的單色光垂直入射于光柵。第2 2、3 3級(jí)明紋分級(jí)明紋分 別出現(xiàn)在別出現(xiàn)在sinsin2 23 3=0.30=0.30處，第處，第4 4級(jí)缺級(jí)。求級(jí)缺級(jí)。求光柵常數(shù)光柵常數(shù)d？ 光柵上狹縫的寬度光柵上狹縫的寬度a為多少？為多少？在在-90-909090范圍內(nèi)實(shí)際呈范圍內(nèi)實(shí)際呈 現(xiàn)的全部明紋級(jí)數(shù)。現(xiàn)的全部明紋級(jí)數(shù)。 解解 2 2 2 sin26.0m sin dd 1.5m 4 d a k=4,8=4,8

38、的缺級(jí)，明紋級(jí)數(shù)為的缺級(jí)，明紋級(jí)數(shù)為8 8（k=0=0，1 1，2 2，3 3，5 5，6 6，7 7，9 9） max sin1,10 d k 當(dāng)時(shí) 由惠更斯由惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理, ,k=10=10時(shí)時(shí)=90=900 0, ,此方向上無(wú)衍射此方向上無(wú)衍射 光光; ;題中題中sinsin2 23 3 注注 明紋條數(shù)為明紋條數(shù)為15(15(中央明紋中央明紋) ) sin23d 紅 0 2 76005067A 3 指導(dǎo)思想指導(dǎo)思想 以第二級(jí)光譜中的紅光波長(zhǎng)以第二級(jí)光譜中的紅光波長(zhǎng) 計(jì)算被重疊的第三級(jí)光譜中的短波波計(jì)算被重疊的第三級(jí)光譜中的短波波 長(zhǎng)，即長(zhǎng)，即 2 2級(jí)級(jí) 3 3級(jí)級(jí) 拓展思

39、考拓展思考 第二級(jí)光譜被重疊的部分的波長(zhǎng)范圍？第二級(jí)光譜被重疊的部分的波長(zhǎng)范圍？ sin32d 紫 0 3 6000A 2 紫 00 6000A 7600A 例用波長(zhǎng)為例用波長(zhǎng)為40007600 40007600 的白光照射衍射光柵，其衍射光的白光照射衍射光柵，其衍射光 譜的第二級(jí)和第三級(jí)重疊，則第譜的第二級(jí)和第三級(jí)重疊，則第3 3 級(jí)光譜被重疊的部分的波級(jí)光譜被重疊的部分的波 長(zhǎng)范圍是（長(zhǎng)范圍是（ ） （A A）60007600 60007600 （B B）50677600 50677600 （C C）40005067 40005067 （D D）4000-6000 4000-6000 。

40、0 A 0 A 0 A 0 A 0 A C C 光的偏振光的偏振14.814.8 在很多情況下，光矢量在某一方向的振幅顯著較大，或在很多情況下，光矢量在某一方向的振幅顯著較大，或 只在某一方向有光振動(dòng)，這稱為光的偏振。只在某一方向有光振動(dòng)，這稱為光的偏振。 光的干涉、衍射現(xiàn)象揭示了光的波動(dòng)性。而光的偏振現(xiàn)象光的干涉、衍射現(xiàn)象揭示了光的波動(dòng)性。而光的偏振現(xiàn)象 則進(jìn)一步證實(shí)了光的橫波性。則進(jìn)一步證實(shí)了光的橫波性。 光波是特定頻率范圍內(nèi)的電磁波，引起人眼感光的是光波是特定頻率范圍內(nèi)的電磁波，引起人眼感光的是 光矢量光矢量 。 E E H 振動(dòng)面振動(dòng)面 普通光源中原子或分子的躍遷普通光源中原子或分子的

41、躍遷 時(shí)將輻射出光子。時(shí)將輻射出光子。 一、自然光一、自然光 x y y k 將各個(gè)光矢量在垂直于傳播方向?qū)⒏鱾€(gè)光矢量在垂直于傳播方向 的平面內(nèi)向任意的兩個(gè)正交方向進(jìn)的平面內(nèi)向任意的兩個(gè)正交方向進(jìn) 行分解，從而可以得到兩個(gè)振動(dòng)方行分解，從而可以得到兩個(gè)振動(dòng)方 向互相垂直、振幅相等、互相獨(dú)立向互相垂直、振幅相等、互相獨(dú)立 的光振動(dòng)的光振動(dòng) 自然光和偏振光自然光和偏振光 分子和原子發(fā)光的隨機(jī)性分子和原子發(fā)光的隨機(jī)性, , 光光 矢量的振動(dòng)在各方向上的分布是對(duì)矢量的振動(dòng)在各方向上的分布是對(duì) 稱的，振幅也可看作完全相等。這稱的，振幅也可看作完全相等。這 種光即為自然光。種光即為自然光。 x y y k

42、 注意注意 1. 1.這兩個(gè)光矢量間無(wú)固定的這兩個(gè)光矢量間無(wú)固定的 相位關(guān)系，不可能干涉。相位關(guān)系，不可能干涉。 120 1 2 III 2. 2.設(shè)自然光的強(qiáng)度為設(shè)自然光的強(qiáng)度為 , ,分解而分解而 成的兩束光的光強(qiáng)為成的兩束光的光強(qiáng)為 、 ，則，則 0I 1I2I 表示光的振動(dòng)就在振動(dòng)面內(nèi)表示光的振動(dòng)就在振動(dòng)面內(nèi) 表示光的振動(dòng)方向垂直于振動(dòng)面表示光的振動(dòng)方向垂直于振動(dòng)面 自然光自然光 （短線和點(diǎn)子均等分布）（短線和點(diǎn)子均等分布） 二、線偏振光和部分偏振光二、線偏振光和部分偏振光 1. 1.線偏振光（平面偏振光、完全偏振光）線偏振光（平面偏振光、完全偏振光） 光矢量的振動(dòng)方向始終在一個(gè)方向，

43、或者振動(dòng)面光矢量的振動(dòng)方向始終在一個(gè)方向，或者振動(dòng)面( (光矢光矢 量與傳播方向構(gòu)成的平面量與傳播方向構(gòu)成的平面) )的方位始終不變。的方位始終不變。 光矢量在某一方向的振動(dòng)強(qiáng)于垂直于該方向的振動(dòng)光矢量在某一方向的振動(dòng)強(qiáng)于垂直于該方向的振動(dòng) 1.1.二向色性二向色性 某些物質(zhì)能完全吸收某一方向的光振動(dòng)某些物質(zhì)能完全吸收某一方向的光振動(dòng), ,而只讓而只讓 與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過, , 這種性質(zhì)稱為二向色性這種性質(zhì)稱為二向色性 2.2.偏振片偏振片 涂有二向色性材料的透明薄片涂有二向色性材料的透明薄片 一、偏振片一、偏振片 起偏和檢偏起偏和檢偏 當(dāng)自然光照射在偏振片上

44、時(shí)，它只讓某一特定方向的光當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，它只讓某一特定方向的光 通過，這個(gè)方向叫偏振化方向通過，這個(gè)方向叫偏振化方向 14.8.2 14.8.2 由介質(zhì)吸收引起的光的偏振由介質(zhì)吸收引起的光的偏振 自然光自然光 線偏振光線偏振光 0I 2 I0 偏振片偏振片 2 I0 0 I 起 起 偏 偏 0 2 1 I 偏振化方向偏振化方向 0 I 起偏器起偏器 檢偏器檢偏器 檢 檢 偏 偏 偏振片偏振片 2/ 0 I 0 I 1 P 2 P 偏振器和檢偏器是同樣的器件偏振器和檢偏器是同樣的器件, ,只是在光路中的位置不同而已只是在光路中的位置不同而已 4.4.起偏器起偏器 檢偏器檢偏器 2.

45、2.線偏振光通過旋轉(zhuǎn)的偏振片，透射光強(qiáng)發(fā)生變化線偏振光通過旋轉(zhuǎn)的偏振片，透射光強(qiáng)發(fā)生變化, , 在旋轉(zhuǎn)一周過程中在旋轉(zhuǎn)一周過程中, ,出現(xiàn)兩次消光出現(xiàn)兩次消光, ,兩次最強(qiáng)。兩次最強(qiáng)。 1. 1.自然光通過旋轉(zhuǎn)的偏振片，透射光強(qiáng)不變自然光通過旋轉(zhuǎn)的偏振片，透射光強(qiáng)不變, ,始終為始終為 入射光強(qiáng)的一半。入射光強(qiáng)的一半。 3. 3.部分線偏振光通過旋轉(zhuǎn)的偏振片，透射光強(qiáng)發(fā)生變部分線偏振光通過旋轉(zhuǎn)的偏振片，透射光強(qiáng)發(fā)生變 化化, ,在旋轉(zhuǎn)一周過程中在旋轉(zhuǎn)一周過程中, ,出現(xiàn)兩次極大出現(xiàn)兩次極大, ,兩次極小。兩次極小。 注意注意 為檢偏器的偏振化方向?yàn)闄z偏器的偏振化方向 與入射線偏振光之間的夾角與

46、入射線偏振光之間的夾角 2 12 cosII 強(qiáng)度為強(qiáng)度為 的線偏振光通過的線偏振光通過 檢偏振器后檢偏振器后, ,出射光的強(qiáng)度為出射光的強(qiáng)度為 1 I 入射線偏振光入射線偏振光 1 I 2 21 cosII 二、馬呂斯定律二、馬呂斯定律 0, 2 0I討論討論 21 II 3 , 22 ， 消光實(shí)驗(yàn)的演示消光實(shí)驗(yàn)的演示拓展：三個(gè)偏振片的解說拓展：三個(gè)偏振片的解說 解解 設(shè)兩束單色入射自然光的強(qiáng)度分別為設(shè)兩束單色入射自然光的強(qiáng)度分別為 和和 ，則，則 10 I 20 I 經(jīng)過起偏器后光強(qiáng)分別為經(jīng)過起偏器后光強(qiáng)分別為 和和 。 20 / 2I 10 / 2I 根據(jù)馬呂斯定律有根據(jù)馬呂斯定律有 3

47、0cos 2 2 10 1 I I 60cos 2 2 20 2 I I 2 10 2 20 cos 601 cos 303 I I 例例 有兩個(gè)偏振片有兩個(gè)偏振片, ,一個(gè)用作起偏器一個(gè)用作起偏器, ,一個(gè)用作檢偏器。當(dāng)它一個(gè)用作檢偏器。當(dāng)它 們偏振化方向間的夾角為們偏振化方向間的夾角為300時(shí)時(shí) , ,一束單色自然光穿過它們一束單色自然光穿過它們, , 出射光強(qiáng)為出射光強(qiáng)為I1；當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為；當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為600時(shí)時(shí), , 另一束另一束 單色自然光穿過它們單色自然光穿過它們, , 出射光強(qiáng)為出射光強(qiáng)為I2, ,且且I1= =I2。求兩束單色自。求兩束單色自 然光的

48、強(qiáng)度之比。然光的強(qiáng)度之比。 例用相互平行的一束自然光和一束線偏振光構(gòu)成的混合光垂例用相互平行的一束自然光和一束線偏振光構(gòu)成的混合光垂 直照射在一偏振片上，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí)，發(fā)直照射在一偏振片上，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí)，發(fā) 現(xiàn)透射光強(qiáng)的最大值為最小值的現(xiàn)透射光強(qiáng)的最大值為最小值的5 5倍，則入射光中，自然光光倍，則入射光中，自然光光 強(qiáng)強(qiáng)I0 0與線偏振光光強(qiáng)與線偏振光光強(qiáng)I之比是多少？之比是多少？ 解解 自然光經(jīng)過偏振片后的光強(qiáng)自然光經(jīng)過偏振片后的光強(qiáng) 01 2 1 II 經(jīng)過偏振片后的光強(qiáng)最大值是經(jīng)過偏振片后的光強(qiáng)最大值是 II 0 2 1 最小值是最小值是 0 2 1

49、 I 由題意知由題意知5 2 1 2 1 0 0 I II 因此因此 2 1 0 I I 線偏振光與偏振化方向平行時(shí)線偏振光與偏振化方向平行時(shí) ，垂直時(shí)，垂直時(shí) 2 II 2 0I 1 n 2 n i 反射光是部分偏振光反射光是部分偏振光, ,垂直入射面垂直入射面 的振動(dòng)大于平行入射面的振動(dòng)的振動(dòng)大于平行入射面的振動(dòng) 折射光也是部分偏振光折射光也是部分偏振光, ,平行于射平行于射 面的振動(dòng)大于垂直于射面的振動(dòng)面的振動(dòng)大于垂直于射面的振動(dòng) 理論和實(shí)驗(yàn)證明理論和實(shí)驗(yàn)證明: :反射光、折射光的反射光、折射光的 強(qiáng)度和偏振化程度都與入射角有關(guān)強(qiáng)度和偏振化程度都與入射角有關(guān) i 14.8.3 14.8.

50、3 由反射引起的光的偏振由反射引起的光的偏振 反射光中只有垂直入射面的光矢反射光中只有垂直入射面的光矢 量而成為線偏振光，但折射光仍為部量而成為線偏振光，但折射光仍為部 分偏振光此即布儒斯特定律。分偏振光此即布儒斯特定律。 i0 0稱為布儒斯特角稱為布儒斯特角 2 0 1 tan n i n 當(dāng)入射角當(dāng)入射角 滿足滿足 0 i i時(shí)，時(shí)， n2 2 n1 1 0 i 0 當(dāng)光線以布儒斯特角當(dāng)光線以布儒斯特角i0 0入入 射時(shí)，反射光和折射光的傳射時(shí)，反射光和折射光的傳 播方向互相垂直，即有播方向互相垂直，即有 00 2 i 推論推論 由折射定律由折射定律 1 2 0 0 sin sin n n

51、i 由布儒斯特定律有由布儒斯特定律有 02 0 01 sin tan cos in i in 00 sincos i 得得 00 2 i即有即有 一般的光學(xué)玻璃一般的光學(xué)玻璃, ,反射光的強(qiáng)度約占入射光強(qiáng)度的反射光的強(qiáng)度約占入射光強(qiáng)度的15% , 15% , 大部分光將透過玻璃。大部分光將透過玻璃。 i i0 0 接近完全偏振光接近完全偏振光 布儒斯特定律的應(yīng)用：布儒斯特定律的應(yīng)用： 利用玻璃片堆產(chǎn)生線偏振光利用玻璃片堆產(chǎn)生線偏振光 偏光鏡消除玻璃反射光偏光鏡消除玻璃反射光 偏光鏡消除水面反射光偏光鏡消除水面反射光 0 i 0 i 0 i i i i 討論下列光線（討論下列光線（ 為起偏角為起

52、偏角) )的反射光和折射光的偏振性的反射光和折射光的偏振性 0 i 思考題思考題 一、雙折射現(xiàn)象一、雙折射現(xiàn)象 當(dāng)一束光射入各向異性當(dāng)一束光射入各向異性( (如方解石如方解石) )的介質(zhì)中的介質(zhì)中, ,折射光為兩折射光為兩 束束, ,此即雙折射現(xiàn)象。此即雙折射現(xiàn)象。 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象 14.8.4 14.8.4 由雙折射引起的光的偏振由雙折射引起的光的偏振 雙折射現(xiàn)象解說雙折射現(xiàn)象解說 二、尋常光（二、尋常光（o o光）和非尋常光（光）和非尋常光（e e光）光） n1 1 n2 2 i ( (各向異各向異 性介質(zhì)性介質(zhì)) ) 自然光自然光 o o光光 e e光光 e o 2 1 sin s

53、in o ni n 常數(shù)常數(shù) 不管入射光方位如何，不管入射光方位如何，o o光光 總在入射面內(nèi)?？傇谌肷涿鎯?nèi)。 另一束光另一束光不遵守折射定律，稱為不遵守折射定律，稱為 非常光非常光 (e(e光光) )。 sin sin e i 常數(shù)常數(shù) 即使入射角為即使入射角為0 0，折射角也不等于，折射角也不等于0 0，而且，而且e e光往往不在入光往往不在入 射面內(nèi)。射面內(nèi)。 有一束光有一束光遵守折射定律，稱為尋常光遵守折射定律，稱為尋常光(o(o光光) ) 如果將光束正入射在方解石如果將光束正入射在方解石 上，上，O O光沿入射方向繼續(xù)前進(jìn)，而光沿入射方向繼續(xù)前進(jìn)，而 e e光一般也不沿入射方向前進(jìn)。如光一般也不沿入射方向前進(jìn)。如 將方解石圍繞著入射光束旋轉(zhuǎn)，將方解石圍繞著入射光束旋轉(zhuǎn)， 則發(fā)現(xiàn)則發(fā)現(xiàn)o o光束不動(dòng)，而光束不動(dòng)，而e e光束跟著光束跟著 旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。 o e o 注意注意 1.1.o o光和光和e e光只有在雙折射光只有在雙折射晶體的內(nèi)部晶體的內(nèi)部才有