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(diǎn)50分，星期一22-1 光的衍射和光的波動(dòng)理論衍射現(xiàn)象波遇到障礙物時(shí)，繞過障礙物進(jìn)入幾何陰影區(qū)。波長和障礙物的大小可相比擬時(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)50分，星期一菲涅耳原理 對(duì)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(diǎn)50分，星期一 空間任一點(diǎn)振動(dòng)為所有子波在該點(diǎn)相干疊加的結(jié)果合振動(dòng)：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(diǎn)50分，星期一22-2 單縫衍射單縫衍射實(shí)驗(yàn)裝置：屏幕ISL1L2a縫寬a: 其上每一點(diǎn)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(diǎn)50分，星期一一、半波帶法確定衍射圖樣的分布：對(duì)應(yīng)的單縫a被分為k個(gè)半波帶BaxfPA.C.A12.A3A2.對(duì)于縫寬一定時(shí)，半波帶個(gè)數(shù)由衍射角確定。第8頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一

3、k為奇數(shù):剩下一個(gè)半波帶中的衍射光線未被抵消對(duì)應(yīng)的屏上相聚點(diǎn)為明紋中心對(duì)應(yīng)中央明紋中心對(duì)應(yīng)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(diǎn)為暗紋第9頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一Isin0*明暗紋條件：中央明紋中心各級(jí)明紋中心暗紋注意：第10頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)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(diǎn)50分，星期一*計(jì)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(diǎn)50分，星期一中央明紋集中大部分能量，明條紋級(jí)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(jí)明紋中心:二級(jí)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(diǎn)50分，星期一二.衍射圖樣的光強(qiáng)分布每條光線在屏上引起光振動(dòng)振幅相等將a劃分為N個(gè)等寬的狹窄波帶，設(shè)每個(gè)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(diǎn)50分，星期一用多邊形法則進(jìn)行N個(gè)大小相等、兩兩依次相差為 的光振動(dòng)的疊加第15頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一令即中央明紋中心處振幅中央明紋光強(qiáng)則第16頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一明紋：暗紋：

5、請(qǐng)與半波帶法比較sin 第17頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一22-3 圓孔衍射 光學(xué)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(diǎn)50分，星期一愛里斑對(duì)透鏡中心張角的一半由理論推導(dǎo)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(diǎn)50分，星期一二、光學(xué)儀器的分辨率物鏡 圓孔 物點(diǎn)的象 衍射圖樣 兩個(gè)點(diǎn)光源相距較遠(yuǎn)，能分辨。瑞利判據(jù)為愛里斑對(duì)透鏡的張角張角變小第20頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一兩愛里斑中心距離為愛

6、里斑的半徑時(shí)，或者第一個(gè)象的愛里斑中心與第二個(gè)象的的愛里斑邊緣重合時(shí)恰能分辨-瑞利判據(jù)。兩點(diǎn)光源靠近此時(shí)兩愛里斑重疊部分的光強(qiáng)為一個(gè)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(diǎn)50分，星期一兩點(diǎn)光源繼續(xù)靠近不能分辨光學(xué)儀器分辨率最小分辨角的倒數(shù)光學(xué)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(diǎn)50分，星期一 光學(xué)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(diǎn)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(gè)縫均勻照亮屏明暗第2

7、4頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一二、每個(gè)縫的衍射o注意：兩縫衍射強(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)度受到單縫 衍射的調(diào)制。強(qiáng)度包線由 決定。條紋位置由 決定。強(qiáng)度包線演示：雙縫衍射第26頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一雙縫衍射的強(qiáng)度分布圖強(qiáng)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(shí)對(duì)條紋的影響？第27頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)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(diǎn)50分，星期一 二、衍射圖樣的形成及特點(diǎn)衍射圖樣特點(diǎn)：寬大的弱暗背明中出現(xiàn)強(qiáng)度不等的明亮明窄條紋。第29頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一二、衍射圖樣的形成及特點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)50分，星期一12兩個(gè)主極大之間有N-1個(gè)最小值，而兩個(gè)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(diǎn)50分，星期一一般情況次極大 兩個(gè)主極大之間的N-1個(gè)最小值，就由N-2個(gè)次極大隔開次極大中心對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)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(diǎn)50分，星期一12與主極大相鄰的兩個(gè)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(diǎn)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(diǎn)50分，星期一3. 缺級(jí)現(xiàn)象 缺級(jí)條件光柵主明紋：單縫暗紋：若同時(shí)滿足，則第 m 級(jí)主明紋消失。（為

10、整數(shù)比）缺級(jí)：即：當(dāng)?shù)?6頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一三、衍射光譜白光入射中央零級(jí)主明紋為白色，其余各級(jí)為彩色光譜，高級(jí)次重疊第37頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)50分，星期一22-6 X射線衍射1895年，德國，倫琴在陰極射線實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。特點(diǎn)：不帶電，穿透本領(lǐng)強(qiáng)，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(diǎn)50分，星期一為研究其波動(dòng)性，尋找相應(yīng)的光柵勞厄斑X射線管 1912年德國慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)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(diǎn)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(jì)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(xiàn)，于1915年共獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。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(diǎn)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(qiáng)布拉格公式X 射線射到晶面時(shí)與晶面夾角。掠射角 :第43頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)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(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性它是橫波區(qū)別與縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振性第44頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一理論和實(shí)驗(yàn)都證明光是電磁波，其振動(dòng)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(dòng)主要指電矢量E的振動(dòng)第45頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)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(diǎn)50分，星期一非偏振光（自然光）每個(gè)光波列: 橫波 偏振原子發(fā)光的獨(dú)立性和隨機(jī)性：一段觀測時(shí)間內(nèi)電矢量統(tǒng)計(jì)平均值既有空間分布的均勻性，又有時(shí)間分布的均勻性。普通光源發(fā)光光矢量對(duì)傳播方向均勻?qū)ΨQ分布 非偏振光振動(dòng)各向振幅大小相同第47頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一xyz.一對(duì)互相垂直，振幅相等，互相獨(dú)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(diǎn)50分，星期一線偏振光光振動(dòng)只有一個(gè)確定方向（只有一個(gè)振動(dòng)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(dòng)的光通過，而吸收其它方向的光振動(dòng)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(diǎn)50分，星期一偏振化方向自然光通過偏振片得到振動(dòng)方向與偏振化方向相同的線偏振光I0二、透射偏振光的強(qiáng)度馬呂斯定理第50頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)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(dòng)方向與偏振片偏振化方向的夾角 馬呂斯定律強(qiáng)度變化規(guī)律：I0IA1A2A第51頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一偏振現(xiàn)象的應(yīng)用太陽鏡第52頁，共55頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)50分，星期一三、反射和折射引起的偏振n1n2ii部分偏振光（