衍射規(guī)律的應(yīng)用

§14-11衍射規(guī)律的應(yīng)用根據(jù)幾何光學(xué):

物點與像點一一對應(yīng)，選擇適合的透鏡可以把任何微小的物體放大到清晰可見的程度。由波動光學(xué):一個點光源經(jīng)過透鏡后所成的像是以愛里斑為中心的一組衍射條紋。一.光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)的分析如果兩個物點相距太近，他們的愛里斑重疊過多，這兩個物點的像就無法分辨。兩物點相距多遠時恰好能分辨呢？瑞利判據(jù)：對于兩個等光強的非相干物點，如果其一個象斑的中心恰好落在另一象斑的第一暗紋處，則此兩物點被認為是剛剛可以分辨。兩物點恰好能分辨時，兩個愛里斑中心的距離正好是愛里斑的半徑D/2。**可分辨恰好分辨不可分辨當(dāng)兩個物點剛好被分辨時，它們對透鏡中心的張角稱最小分辨角或角分辨率。

**最小分辨角光學(xué)儀器分辨率

例1設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為3mm，而在可見光中，人眼最敏感的波長為550nm，問（1）人眼的最小分辨角有多大？（2）神舟五號軌道最高點約300km，則兩物點間距為多大時才能被分辨？解（1）（2）世界上最大的射電望遠鏡建在波多黎各島的Arecibo,直徑305m，能探測射到整個地球表面僅10-12W的功率，也可探測引力波。顯微鏡：D不會很大，可以減小提高分辨率。使用＝400nm的紫光，最小分辨距離為200nm，放大倍數(shù)2000倍。電子顯微鏡能分辨相距0.1nm的兩個物點，可看到單個原子。二、X射線在晶體中的衍射1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X

射線。勞厄提出X

射線是波長很短的電磁波。可以發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象。X

射線的波長：0.01~

10nm晶體內(nèi)部原子排列的具體形式一般稱之為晶格，不同的晶體內(nèi)部原子排列稱為具有不同的晶格結(jié)構(gòu)。晶格常數(shù)指的就是晶胞的邊長晶體內(nèi)部原子的排列具有周期性，外部具有規(guī)則外形，比如鉆石晶胞為面心立方結(jié)構(gòu)，每個晶胞含有4個鈉離子和4個氯離子

晶體可以作為X射線的空間衍射光柵,即當(dāng)一束X射線通過晶體時將發(fā)生衍射，衍射波疊加的結(jié)果使射線的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。分析在照相底片上得到的衍射花樣，便可確定晶體結(jié)構(gòu)。英國物理學(xué)家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在勞厄發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,不僅成功地測定了NaCl、KCl等的晶體結(jié)構(gòu),并提出了作為晶體衍射基礎(chǔ)的著名公式──布拉格公式。討論：1.如果晶格常數(shù)已知，可以用來測定X射線的波長，進行倫琴射線的光譜分析。2.如果X

射線的波長已知，可以用來測定晶體的晶格常數(shù)，進行晶體的結(jié)構(gòu)分析。符合上述條件時，各層晶面的反射線干涉后將相互加強。由勞厄斑點形成的晶體的X射線衍射圖樣稱為勞厄相,由X射線照射多晶體形成的X射線衍射圖樣稱為德拜相.§14-13光的偏振態(tài)

一、自然光和線偏振光太陽是天然光源,電燈和燭光是人造光源天然光源和一般人造光源直接發(fā)出的光都是自然光。它包括了垂直于光波傳播方向的所有可能的振動方向,沿著各個方向振動的光波強度都相同的光叫做自然光特點：在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等；自然光可分解為振動方向相互垂直但取向任意的兩個線偏振光，它們振幅相等，沒有確定的相位關(guān)系，各占總光強的一半。...EEyEx

yx線偏振光??????自然光的表示方法：圓點與短線等距離地交錯、均勻地畫出。二、部分偏振光某一方向的光振動比與之相垂直方向的光振動占優(yōu)勢的光.光振動只沿某一固定方向的光.振動面符號表示部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光.振幅最大的方向與振幅最小的方向垂直。部分偏振光的表示法：······垂直板面的光振動較強平行板面的光振動較強··起偏器§14-13偏振光的獲得和檢測只允許沿某一特定方向的光通過的光學(xué)器件，叫做偏振片。這個特定的方向叫做偏振片的偏振化方向（透振方向），用“”表示。偏振片就是一種起偏器.???檢偏器用來檢驗?zāi)骋皇馐欠衿窆?。起偏器也是檢偏器.

（1）反射和折射起偏--布儒斯特定律反射和折射過程會使入射的自然光有一定程度的偏振化，因為反射光對光振動方向有選擇性，與入射面垂直的光振動容易反射。自然光部分偏振光部分偏振光1.偏振光的獲得折射光是以平行于入射面的光振動為主的部分偏振光。反射光是以垂直于入射面的光振動為主的部分偏振光反射光的偏振化程度和入射角有關(guān)，當(dāng)入射角等于某一特定值i0

，且滿足：這時反射光成為線偏振光。自然光線偏振光部分偏振光起偏角布儒斯特角布儒斯特定律雙折射現(xiàn)象一束光射入各向異性晶體后有兩束折射光的現(xiàn)象。n1n2iγe(各向異性媒質(zhì))自然光e光尋常光線(o光):遵守折射定律。對于晶體一切方向都具有相同的折射率，且在入射面內(nèi)傳播。非常光線(e光):不遵守折射定律。它的折射率隨方向而變化，并且不一定在入射面內(nèi)傳播。o光和e光都是線偏振光,且振動方向相互垂直。(2)晶體的雙折射-尼科爾棱鏡o光ABDC?兩塊特殊要求加工的直角方解石，光軸在ABCD平面內(nèi)方向與AB成480，入射面取ABCD面方解石的折射率1.658,加拿大樹膠的折射率1.55，O光入射角大于其臨界角為690，被全反射.對于e光，方得折射率為1.516，膠的折射率為1.55因而不會發(fā)生全發(fā)射。e?760O220680尼科爾棱鏡?680480(3)二向色性晶體有些晶體不僅具有雙折射現(xiàn)象，且對于o光和e光有著強烈的選擇性吸收作用，這種晶體就叫做二向色性晶體。如電氣石晶體對自然光的某一振動方向上的光振動幾乎完全吸收，而垂直于該方向的光振動只稍微減弱后通過。二、檢偏-馬呂斯定律根據(jù)光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器時其光強的變化情況來判斷該光偏振性的過程稱檢偏。.起偏器檢偏器自然光線偏振光....偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化.起偏器檢偏器自然光線偏振光....偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化.起偏器檢偏器自然光線偏振光....兩偏振片的偏振化方向相互垂直光強為零偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化.起偏器檢偏器自然光線偏振光.....起偏器檢偏器自然光線偏振光....偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化.起偏器檢偏器自然光線偏振光....自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變.檢偏器自然光....自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變.檢偏器自然光....自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變.檢偏器自然光....自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變.檢偏器自然光....自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變.檢偏器自然光....自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變.檢偏器自然光....自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變.檢偏器自然光.....起偏器檢偏器自然光線偏振光....I0IPP

E0E=E0cos——消光馬呂斯定律（1809）馬呂斯定律在兩塊正交偏振片之間插入另一塊偏振片，光強為的自然光垂直入射于偏振片，討論轉(zhuǎn)動透過的光強與轉(zhuǎn)角的關(guān)系.討論§14-15旋光現(xiàn)象線偏振光通過某些透明介質(zhì)后，它的光振動方向?qū)⒗@著光的傳播方向旋轉(zhuǎn)某一角度

的現(xiàn)象，稱為旋光現(xiàn)象。這種介質(zhì)稱為旋光物質(zhì)。如石英、糖、酒石酸鉀鈉等。F為濾色片；M為起偏器；

N為檢偏器；旋光物體C（例如石英片）放在兩個正交的偏振片M與N之間，將會看到視場由原來的暗變亮，把檢偏器

N旋轉(zhuǎn)一個角度，又可得到暗視場，該角即為

。

實驗證明：振動面旋轉(zhuǎn)的角度與材料的厚度d、濃度C、入射光的波長

以及溫度有關(guān)。對于固體：為旋光率，與旋光物質(zhì)、入射光波長及溫度有關(guān)。對于液體：迎著光的傳播方向觀察,若振動面沿順時針方向旋轉(zhuǎn)稱為右旋,若振動面沿著逆時針方向旋轉(zhuǎn)稱之為左旋.旋光率跟入射波的波長有關(guān),不同波長的光其振動面旋轉(zhuǎn)的角度不同,這種現(xiàn)象叫做旋光現(xiàn)象.§14-16光的吸收、色散和散射一、光的吸收光波在物質(zhì)中傳播時,一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)的內(nèi)能這種現(xiàn)象就是物質(zhì)對光的吸收.一束單色平行光在某種均勻介質(zhì)中沿x方向傳播,如果通過厚度為dx的薄層,光的強度由I變?yōu)镮-dI,光的減小量的dI與光強I成正比,與通過的物質(zhì)厚度成正比.是比例系數(shù),稱為該物質(zhì)對此單色平行光的吸收系數(shù).如果x=0處,光強為I0,則光通過厚度為x的物質(zhì)后,光強可由上式求出:由于物質(zhì)對光的吸收,隨著光進入物質(zhì)的深度的增加,光的強度按指數(shù)方式衰減,這個規(guī)律就是朗伯定律.二、光的色散光在物質(zhì)中的傳播速度隨波長而改變的現(xiàn)象，叫做色散。因為物質(zhì)的折射率可以表示為：色散也表示為物質(zhì)的折射率對波長的變化：物質(zhì)的折射率隨波長變化的狀況和程度，常用色散率三、光的散射光進入不均勻物質(zhì)中使得光偏離入射方向二向四面八方散開，這種現(xiàn)象叫做光的色散。向四面八方散開的光，就叫做散射光。若同時考慮光的吸收和色散，光通過厚度為x的物質(zhì)后，光強可以表示為：是物質(zhì)的散射系數(shù)。也可以把叫做消光系數(shù),用以表征由于吸收和散射的共同作用使光通過物質(zhì)后光強減弱的程度。小結(jié)一、薄膜干涉1．相對光強2．光程與光程差計算3．半波損失4．薄膜干涉條件二、單縫衍射1．單縫衍射條件2．條紋寬度計算三、光柵衍射1．光柵方程(a+b)sin

=

±

k

k=0,1,2,3···k=0,1,2,3···4．缺級、光譜重疊

2．零級明紋的半角寬度3．最大級數(shù)四、園孔衍射光學(xué)儀器的分辨率1．園孔衍射①愛里斑的半角寬度②愛里斑的半徑

2．光學(xué)儀器的分辨率※增大物鏡的數(shù)值孔徑※用短波長的光照射五、偏振光與自然光1．偏振態(tài)①線偏振光·····光振動垂直板面光振動平行板面···自然光······平行板面的