光的衍射 光的偏振

1、光的衍射 光的偏振第1頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一22-1 光的衍射和光的波動理論衍射現(xiàn)象波遇到障礙物時，繞過障礙物進入幾何陰影區(qū)。波長和障礙物的大小可相比擬時就能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。第2頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一一、菲涅耳亮斑第3頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一2、惠更斯菲涅耳原理惠更斯原理波面上的每一點均為發(fā)射子波的波源，這些子波的包絡(luò)面即新的波陣面障礙物入射波衍射波第4頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一菲涅耳原理 對子波的振幅和相位作了定量描述波面上各面元 子波源rPSdSn

2、第5頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一 空間任一點振動為所有子波在該點相干疊加的結(jié)果合振動：衍射本質(zhì)：子波的相干疊加第6頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一22-2 單縫衍射單縫衍射實驗裝置：屏幕ISL1L2a縫寬a: 其上每一點均為子波源，發(fā)出球面波衍射光線與波面法線夾角屏置于L2的焦平面上第7頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一一、半波帶法確定衍射圖樣的分布：對應的單縫a被分為k個半波帶BaxfPA.C.A12.A3A2.對于縫寬一定時，半波帶個數(shù)由衍射角確定。第8頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一

3、k為奇數(shù):剩下一個半波帶中的衍射光線未被抵消對應的屏上相聚點為明紋中心對應中央明紋中心對應非明、暗紋中心的其余位置k為偶數(shù)：兩兩相消，屏上相聚點為暗紋第9頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一Isin0*明暗紋條件：中央明紋中心各級明紋中心暗紋注意：第10頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一*條紋角寬度中央明紋中心暗紋明紋faI中央明紋其余明紋第11頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一*計算衍射條紋線寬度中央明紋其余明紋第12頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一中央明紋集中大部分能量，明條紋級次越高亮度越弱。

4、I屏幕中央明紋中心:全部光線干涉相長一級明紋中心:二級明紋中心:由菲涅爾波帶法：第13頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一二.衍射圖樣的光強分布每條光線在屏上引起光振動振幅相等將a劃分為N個等寬的狹窄波帶，設(shè)每個波帶內(nèi)能量集中于圖中所示光線兩相鄰光線相位差兩相鄰光線光程差aPL第14頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一用多邊形法則進行N個大小相等、兩兩依次相差為 的光振動的疊加第15頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一令即中央明紋中心處振幅中央明紋光強則第16頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一明紋：暗紋：

5、請與半波帶法比較sin 第17頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一22-3 圓孔衍射 光學儀器的分辨率一、圓孔衍射中央亮紋：愛里斑集中大部分能量角寬度為其余明紋2倍半角寬度：第18頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一愛里斑對透鏡中心張角的一半由理論推導可知:D 越大 越小，衍射現(xiàn)象越不顯著。第19頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一二、光學儀器的分辨率物鏡 圓孔 物點的象 衍射圖樣 兩個點光源相距較遠，能分辨。瑞利判據(jù)為愛里斑對透鏡的張角張角變小第20頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一兩愛里斑中心距離為愛

6、里斑的半徑時，或者第一個象的愛里斑中心與第二個象的的愛里斑邊緣重合時恰能分辨-瑞利判據(jù)。兩點光源靠近此時兩愛里斑重疊部分的光強為一個光斑中心最大值的 80， 0 則稱為最小分辨角。恰能分辨第21頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一兩點光源繼續(xù)靠近不能分辨光學儀器分辨率最小分辨角的倒數(shù)光學儀器的最小分辨角越小，分辨率就越高。第22頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一 光學儀器分辨率提高分辨率途徑第23頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一22-4 雙縫衍射將雙縫干涉與單縫衍射結(jié)合考慮稱雙縫衍射。一、雙縫干涉設(shè)每個縫均勻照亮屏明暗第2

7、4頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一二、每個縫的衍射o注意：兩縫衍射強度分布是重合的！三、雙縫衍射第25頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一干涉因子衍射因子結(jié)果：雙縫干涉的條紋位置仍不變，只是強度受到單縫 衍射的調(diào)制。強度包線由 決定。條紋位置由 決定。強度包線演示：雙縫衍射第26頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一雙縫衍射的強度分布圖強度包線包線變窄，條紋位置不變。包線不變，條紋變密。包線變寬，條紋變寬。討論： 變化時對條紋的影響？第27頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一22-5 衍射光柵一、衍射光柵

8、光柵常數(shù):刻：遮光未刻：透光縫第28頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一 二、衍射圖樣的形成及特點衍射圖樣特點：寬大的弱暗背明中出現(xiàn)強度不等的明亮明窄條紋。第29頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一二、衍射圖樣的形成及特點1. 光柵方程 主明紋光柵公式光柵主明紋公式與雙縫衍射明紋公式相同，它決定了衍射主極大的位置，衍射主極大位置只由 d 決定，與N無關(guān)。第30頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一2. 暗紋 譜線的寬度第31頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一12兩個主極大之間有N-1個最小值，而兩個最小值之

9、單間則由次極大隔開第32頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一一般情況次極大 兩個主極大之間的N-1個最小值，就由N-2個次極大隔開次極大中心對應的光強最大值不超過主最大的1/23，所以兩主極大值之間是寬大的弱暗背景第33頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一12與主極大相鄰的兩個極小值中心之間的距離為主明紋寬度第34頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一sinI0N2I1 主明紋角寬度第35頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一3. 缺級現(xiàn)象 缺級條件光柵主明紋：單縫暗紋：若同時滿足，則第 m 級主明紋消失。（為

10、整數(shù)比）缺級：即：當?shù)?6頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一三、衍射光譜白光入射中央零級主明紋為白色，其余各級為彩色光譜，高級次重疊第37頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一四、光柵的分辨本領(lǐng)光柵的分辨本領(lǐng)是指將波長十分接近的譜線區(qū)分開的本領(lǐng)。分辨本領(lǐng)：第38頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一分辨本領(lǐng)：sin第39頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一22-6 X射線衍射1895年，德國，倫琴在陰極射線實驗中發(fā)現(xiàn)。特點：不帶電，穿透本領(lǐng)強，能使底片感光，是以前所未知的，所以稱X射線(又稱倫琴射線)。X射線

11、：第40頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一為研究其波動性，尋找相應的光柵勞厄斑X射線管 1912年德國慕尼黑大學的實驗物理學教授馮勞厄用晶體中的衍射拍攝出X射線衍射照片。由于晶體的晶格常數(shù)約10nm，與 X 射線波長接近，衍射現(xiàn)象明顯。第41頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一1913年英國的布拉格父子，提出了另一種精確研究 X 射線的方法，并作出了精確的定量計算。由于父子二人在X射線研究晶體結(jié)構(gòu)方面作出了巨大貢獻，于1915年共獲諾貝爾物理學獎。晶體是由彼此相互平行的原子層構(gòu)成，原子位置處就可看成次波的波源布拉格公式第42頁，共55頁，2022年

12、，5月20日，17點50分，星期一晶格常數(shù)：X射線經(jīng)兩晶面反射產(chǎn)生干涉，兩束光的光程差為：加強布拉格公式X 射線射到晶面時與晶面夾角。掠射角 :第43頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一22-7 光的偏振光的橫波性與偏振態(tài)偏振： 波振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性它是橫波區(qū)別與縱波的一個最明顯的標志，只有橫波才有偏振性第44頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一理論和實驗都證明光是電磁波，其振動量E和H垂直于傳播方向，因而光是橫波，它具有偏振性。光振動主要指電矢量E的振動第45頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一光的橫波性只表明電矢

13、量與光的傳播方向垂直，在與傳播方向垂直的平面內(nèi)還可能有各式各樣的狀態(tài)。一. 非偏振光 偏振光 偏振片完全偏振光部分偏振光 線(平面)偏振光 橢圓偏振光 圓偏振光偏振光自然光光第46頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一非偏振光（自然光）每個光波列: 橫波 偏振原子發(fā)光的獨立性和隨機性：一段觀測時間內(nèi)電矢量統(tǒng)計平均值既有空間分布的均勻性，又有時間分布的均勻性。普通光源發(fā)光光矢量對傳播方向均勻?qū)ΨQ分布 非偏振光振動各向振幅大小相同第47頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一xyz.一對互相垂直，振幅相等，互相獨立的平面偏振光的疊加無固定相位差,非相干疊加第4

14、8頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一線偏振光光振動只有一個確定方向（只有一個振動面）.平面偏振光偏振片：利用晶體的二相色性，只讓某一方向振動的光通過，而吸收其它方向的光振動偏振化方向E吸收通過長鏈狀分子第49頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一偏振化方向自然光通過偏振片得到振動方向與偏振化方向相同的線偏振光I0二、透射偏振光的強度馬呂斯定理第50頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一部分偏振光入射：自然光與線偏振光疊加偏振片偏振光入射光振動方向與偏振片偏振化方向的夾角 馬呂斯定律強度變化規(guī)律：I0IA1A2A第51頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一偏振現(xiàn)象的應用太陽鏡第52頁，共55頁，2022年，5月20日，17點50分，星期一三、反射和折射引起的偏振n1n2ii部分偏振光（