大學(xué)物理教程課件講義 波動(dòng)光學(xué)

1、大學(xué)物理教程,第,6,章,波動(dòng)光學(xué),6.1,光的相干性,6.2,分波面法干涉,6.3,分振幅法干涉,6.4,單縫衍射,6.5,光柵衍射,6.6,圓孔衍射,6.7,光的偏振,6.1,光的相干性,光波,6.1.1,1,光波,光波是電磁波的一部分，僅占電磁波譜很小的一部分，它,與無(wú)線電波,X,射線等其他電磁波的區(qū)別只是頻率不同，能夠引,起人眼視覺(jué)的那部分電磁波稱為可見(jiàn)光,光源發(fā)出的頻率為,10,22,10,26,Hz,的電磁波泛稱為光。光包,括紅外光、可見(jiàn)光和紫外光三部分。在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，不同頻,率的光將引起不同的顏色感覺(jué)，表,6.1,是各光色與頻率（或真空,中波長(zhǎng)）的對(duì)照，光在波長(zhǎng)從小到大過(guò)程中呈

2、現(xiàn)出由紫到紅等,各種顏色,6.1,光的相干性,6.1,光的相干性,2,光的速度與折射率,6.1,光的相干性,3,光矢量,可見(jiàn)光是能激起人視覺(jué)的電磁波。對(duì)于光波來(lái)說(shuō)，傳播,E,和,H,表示）。實(shí)驗(yàn)表明，在這兩個(gè),矢量中，能引起視覺(jué)效應(yīng)和照相底片感光作用的是光波中的,電場(chǎng)，所以光學(xué)中常把電場(chǎng)強(qiáng)度,E,代表光振動(dòng)，并把,E,稱為光矢量。光振動(dòng)指的是電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間周期性的變化,6.1,光的相干性,光源,6.1.2,大量原子受外來(lái)激勵(lì)會(huì)處于激發(fā)狀態(tài),處于激發(fā)狀態(tài)的,原子是不穩(wěn)定的，它要自發(fā)地向低能級(jí)狀態(tài)躍遷，并同時(shí)向,外輻射電磁波。當(dāng)這種電磁波的波長(zhǎng)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)時(shí)，即,為可見(jiàn)光。原子的每一次躍遷時(shí)間很

3、短。由于一次發(fā)光的持,續(xù)時(shí)間極短，所以每個(gè)原子每一次發(fā)光只能發(fā)出頻率一定,振動(dòng)方向一定且長(zhǎng)度有限的一個(gè)波列。如圖,6.1,a,所示,圖,6.1,b,所示,6.1,光的相干性,圖,6.1,光波波列,6.1,光的相干性,光的干涉,6.1.3,1,不相干疊加,由于普通光源的原子或分子發(fā)光的間歇性和隨機(jī)性,在觀察時(shí)間內(nèi)，振動(dòng)時(shí)斷時(shí)續(xù)以致它們的初相位各自獨(dú)立,地做不規(guī)則的改變，概率均等地在觀察時(shí)間內(nèi)多次歷經(jīng)從,0,到,2,間的一切可能值,6.1,光的相干性,2,相干疊加,6.1,光的相干性,圖,6.2,分波面法,圖,6.3,分振幅法,6.1,光的相干性,光程,光程差,6.1.4,1,光程,當(dāng)兩束相干光波

4、在同一種,介質(zhì)中傳播時(shí)，在相遇點(diǎn)干涉,加強(qiáng)或減弱取決于兩相干光波,在該處的相位差,如圖,6.4,所示，如果波長(zhǎng)為的兩束相,干單色光，分別在不同的介質(zhì),中傳播后再在,P,點(diǎn)相遇,圖,6.4,兩相干光波在不同介質(zhì)中的傳播,6.1,光的相干性,如圖,6.5,所示，當(dāng)一束光在幾種介質(zhì)中傳播時(shí),AB,間的光程為,圖,6.5,光程的計(jì)算,6.1,光的相干性,2,光程差,如圖,6.4,所示，如果波長(zhǎng)為的兩束相干單色光，分別在,不同的介質(zhì)中傳播后再在,P,點(diǎn)相遇,設(shè)兩束光各自所經(jīng)歷的幾,何路程為,r,1,和,r,2,每束光的光程分別為,n,1,r,1,和,n,2,r,2,我們定義,n(r,2,r,1,(6-4

5、,相干光在各處干涉加強(qiáng)或減弱取決于兩束光的光程差,而不是幾何路程之差,6.1,光的相干性,3,光程差滿足的明暗紋干涉條件,6.1,光的相干性,4,透鏡的等光程性,我們?cè)谟^察干涉、衍射現(xiàn)象時(shí)，常借助于薄透鏡,從透鏡成,像的實(shí)驗(yàn)中知道，波陣面與透鏡的主光軸垂直的平行光，經(jīng)透,鏡后會(huì)聚于焦點(diǎn)上并形成亮點(diǎn)，如圖,6.6,a,所示。說(shuō)明平行,A,B,C,D,E,各點(diǎn)）經(jīng)過(guò)透鏡不改變,它們之間的相位差。也就是說(shuō)，由于平行光的同一波陣面上各,點(diǎn)有相同的相位，經(jīng)透鏡會(huì)聚于焦點(diǎn)后仍有相同的相位,AaF,的,光程與,CcF,的光程相等,對(duì)于斜入射的平行光，經(jīng)透鏡會(huì)聚于焦,平面上的,F,點(diǎn),AaF,與,BbF,6.

6、6,b,所示。即薄透鏡不引起附加的光程差，也稱透鏡的等光程性,6.1,光的相干性,圖,6.6,透鏡的等光程性,6.1,光的相干性,5,光的半波損失,在研究駐波時(shí)我們知道，若波從波疏介質(zhì)入射到波密介,質(zhì)表面反射時(shí)，反射波將發(fā)生相位突變或半波損失。光的反,射也同樣可能有半波損失現(xiàn)象發(fā)生。兩種介質(zhì)相比較，我們,把折射率大的介質(zhì)稱為光疏介質(zhì)，折射率小的介質(zhì)稱為光疏,介質(zhì)。光從光疏介質(zhì)入射到光密介質(zhì)分界面而反射時(shí)，反射,光也會(huì)產(chǎn)生半波損失,6.1,光的相干性,6.2,分波面法干涉,楊氏雙縫干涉,6.2.1,1801,年，英國(guó)醫(yī)生兼物理,學(xué)家托馬斯楊首先成功地設(shè),計(jì)了利用單一光源形成兩束相,干光，并獲得光

7、的干涉現(xiàn)象的,典型實(shí)驗(yàn)，從而使光的波動(dòng)理,論得到證實(shí)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖,6.7,所示，在傳統(tǒng)的楊氏雙縫實(shí)驗(yàn),中，用單色平行光照射一窄縫,S,窄縫相當(dāng)于一個(gè)線光源,圖,6.7,雙縫干涉示意圖,6.2,分波面法干涉,1,光程差的計(jì)算,如圖,6.8,所示，設(shè)雙縫,S,1,與,S,2,之間的距離為,d,雙縫到,屏的距離為,D,在屏上以屏中心為原點(diǎn)，垂直于條紋方向建,立,x,軸，用以表示干涉點(diǎn)的位置,設(shè)屏上坐標(biāo)為,x,處的干涉點(diǎn),P,到兩縫的距離分別為,r,1,和,r,2,從,S,1,和,S,2,發(fā)出的兩列相干光,到達(dá),P,點(diǎn)的光程差應(yīng)為,n,r,2,r,1,6.2,分波面法干涉,圖,6.8,雙縫干涉條紋計(jì)

8、算,6.2,分波面法干涉,2,干涉明紋中心位置,6.2,分波面法干涉,3,干涉暗紋中心位置,6.2,分波面法干涉,4,雙縫干涉條紋的分布特征,由式,6-6,和式,6-7,可,得到干涉條紋的分布特,征。屏上的光強(qiáng)分布曲,線如圖,6.9,所示,圖,6.9,雙縫干涉的光強(qiáng)分布,6.2,分波面法干涉,任意兩條相鄰明紋,或暗,紋,中心之間的距離，即條紋,布。若實(shí)驗(yàn)所用的光為復(fù)色光,如白光時(shí)，屏上將出現(xiàn)彩色,光譜。白色雙縫干涉條紋如圖,6.10,所示,圖,6.10,白光雙縫干涉條紋,6.2,分波面法干涉,菲涅耳雙鏡,6.2.2,S,S,1,和,S,2,都很小，它們的邊緣,效應(yīng)往往會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響而使問(wèn)題復(fù)

9、雜化,后來(lái)在,1818,年,菲涅耳提出一種可使問(wèn)題簡(jiǎn)化的獲得相干光的方法。如圖,6.11,所示，從狹縫,S,發(fā)出的光波，經(jīng)過(guò)兩個(gè)緊靠在一起夾角很小的,平面鏡,M,1,和,M,2,反射后成為兩束相干光，在兩束光重疊區(qū)域內(nèi)的,屏幕,E,上，可觀察到與楊氏干涉一樣的干涉圖樣,6.2,分波面法干涉,圖,6.11,菲涅耳雙鏡,6.2,分波面法干涉,洛埃鏡,6.2.3,如圖,6.12,所示，洛埃做了一種實(shí)驗(yàn)裝置很簡(jiǎn)單的雙波干涉,實(shí)驗(yàn),S,1,是一狹縫光源，一部分光線直接射到屏幕上，另一部,分光線幾乎與鏡面平行地,入射角接近于垂直,掠射到平面鏡,ML,上，然后再反射到屏幕,E,上，反射光就好像從,S,1,的

10、虛像,S,2,發(fā)出的,一樣,S,1,和,S,2,形成一對(duì)相干光源，在屏幕上出現(xiàn)了明暗相間的,條紋,6.2,分波面法干涉,圖,6.12,洛埃鏡,6.3,分振幅法干涉,在日常生活中，我們經(jīng)?？吹?油膜、肥皂膜所呈現(xiàn)的彩色，這就,是一種光的干涉現(xiàn)象。因?yàn)?，太?yáng),光中有各種波長(zhǎng)的光波，當(dāng)其照射,到這些薄膜上時(shí)，經(jīng)膜的上、下兩,表面反射后形成相干光束，有些地,方紅光得到加強(qiáng)，有些地方綠光得,到加強(qiáng)這樣就可以看到彩色條,紋，稱為薄膜干涉，即分振幅法產(chǎn),生的干涉現(xiàn)象。肥皂膜的干涉如圖,6.13,所示,圖,6.13,肥皂膜的干涉,6.3,分振幅法干涉,薄膜干涉,6.3.1,1,薄膜的干涉,圖,6.14,所示為

11、光照射到薄膜上反射光干涉的情況。設(shè)入,射位置處薄膜的折射率為,n,2,厚度為,e,膜的上、下方介質(zhì)的,折射率分別為,n,1,和,n,3,一束波長(zhǎng)為的單色光以入射角,i,照到薄,膜上，在入射點(diǎn),A,分為兩束，一束是反射光,a,另一束折射進(jìn),入膜內(nèi)，在,C,點(diǎn)反射后到達(dá),B,點(diǎn)，再折射回膜的上方形成光,b,a,b,兩束光將在膜的反射方向產(chǎn)生干涉，稱為反射光干涉,至,于那些在膜內(nèi)經(jīng)三次、五次反射再折回膜上方的光線,由于強(qiáng)度迅速衰減，可以不必考慮,6.3,分振幅法干涉,圖,6.14,薄膜干涉,6.3,分振幅法干涉,6.3,分振幅法干涉,2,增透膜和增反膜,利用薄膜干涉可以提高光學(xué)儀器的透射率或反射本領(lǐng)

12、,光入射到光學(xué)玻璃元件表面上時(shí)，光的能量不可能完全透過(guò),總會(huì)有一部分能量要被表面反射掉,反射能量的多少和界面兩,側(cè)介質(zhì)的折射率有關(guān)。為了減少反射光的能量，通常采用的方,法是在光學(xué)元件的表面鍍上一層適當(dāng)厚度的特制介質(zhì)薄膜，稱,為高透膜或增透膜,6.3,分振幅法干涉,薄膜的等厚干涉,6.3.2,1,劈尖干涉,如圖,6.16,所示，用兩個(gè)透明介質(zhì)片就可以形成一個(gè)劈尖。若兩個(gè),透明介質(zhì)片放置在空氣之中，它們之間的空氣就形成一個(gè)空氣劈尖,若放置在某透明液體之中，就形成一個(gè)液體劈尖。用透明的介質(zhì)做成,的這種夾角很小的劈形薄膜上形成的干涉稱為劈尖干涉，它是一種等,厚干涉,圖,6.16,劈尖,6.3,分振幅法

13、干涉,1,假設(shè)劈尖放在空氣中，用單色,平行光垂直照射到劈尖上，在劈尖,上、下表面的兩束反射光將相互干,涉，形成干涉條紋。一般在實(shí)驗(yàn)中,采用的是光線準(zhǔn)垂直入射。由于劈,尖的夾角很小，劈尖的上下兩個(gè)面,上的反射光都可視為與劈尖垂直,如圖,6.17,所示,圖,6.17,劈尖等厚干涉的光路,6.3,分振幅法干涉,6.3,分振幅法干涉,3,劈尖干涉光強(qiáng)分布的特點(diǎn),在劈尖上方觀察干涉圖形，劈尖的等厚條紋是一些與棱邊平,行的、均勻分布的、明暗相間的直條紋，如圖,6.18,所示,圖,6.18,劈尖的等厚干涉條紋,6.3,分振幅法干涉,4,劈尖干涉的應(yīng)用,例如，可用劈尖干涉來(lái)測(cè)定細(xì)絲直徑，薄片厚度等微小長(zhǎng)度,如

14、,圖,6.19,所示,圖,6.19,用等厚干涉條紋進(jìn)行精密測(cè)量,6.3,分振幅法干涉,2,牛頓環(huán),1,R,較大的平凸透,6.20,a,和圖,6.20,c,所示，在玻璃片和凸透,鏡之間形成一厚度不等的空氣薄膜，稱為牛頓環(huán)薄膜,6.3,分振幅法干涉,圖,6.20,牛頓環(huán)裝置及干涉條紋,6.3,分振幅法干涉,6.3,分振幅法干涉,檢驗(yàn)透鏡的質(zhì)量。如圖,6.21,所,示，可檢驗(yàn)球面光學(xué)元件,如透鏡,的加工質(zhì)量,圖,6.21,a,中出現(xiàn)同,心圓形等厚干涉條紋，表明待檢驗(yàn),表面是球面，但球面的半徑偏離設(shè),計(jì)要求。干涉條紋數(shù)目越多偏離程,度越大。圖,6.21(b,中出現(xiàn)干涉條紋,是橢圓形，表明待檢驗(yàn)表面不是

15、嚴(yán),格的球面，而且，球面半徑也與模,塊不符,圖,6.21,用牛頓環(huán)檢測(cè)透鏡的質(zhì)量,6.3,分振幅法干涉,例,6.5,工件表面上放一平玻璃，形,成一空氣劈尖，如圖,6.23,a,所示，今觀,察到干涉條紋，如圖,6.23,b,所示。試根,據(jù)條紋彎曲方向，判斷工件表面上的缺陷,是凹還是凸，并確定其深度（或高度,h,6.3,分振幅法干涉,6.3,分振幅法干涉,邁克爾遜干涉儀,6.3.3,前述已經(jīng)指出，在劈尖上、下表面反射的兩束相干光,之間的光程差有一微小變化，即使變化的數(shù)量級(jí)為波長(zhǎng)的,十分之一，在視場(chǎng)也會(huì)觀察到干涉條紋明顯的移動(dòng)。光干,涉儀是根據(jù)光的干涉原理制成的精密測(cè)量?jī)x器，它可精密,地測(cè)量長(zhǎng)度及長(zhǎng)

16、度的微小變化等。下面介紹著名的雙光束,干涉儀邁克爾遜干涉儀,6.3,分振幅法干涉,圖,6.24,a,實(shí)物,照片；,b,結(jié)構(gòu)示意圖,6.3,分振幅法干涉,干涉儀的種類很多，在科研、生產(chǎn)和計(jì)量部,門中都有廣泛的應(yīng)用。人們將邁克爾遜干涉儀的,基本原理應(yīng)用到許多方面，如測(cè)定氣體和液體的,折射率及雜質(zhì)的濃度，測(cè)定遙遠(yuǎn)星體的直徑等,6.4,單縫衍射,光的衍射現(xiàn)象,6.4.1,波在傳播過(guò)程中遇到障礙,物時(shí)，能繞過(guò)障礙物的邊緣前,進(jìn)，這種現(xiàn)象稱為波的衍射,光作為電磁波也能產(chǎn)生衍射現(xiàn),象,光的衍射雖然不像機(jī)械波那,樣普遍，但是，生活中還是能,看到光的衍射現(xiàn)象，如圖,6.25,所示,圖,6.25,手指縫的衍射條紋

17、,6.4,單縫衍射,現(xiàn)在我們通過(guò)圖,6.26,的實(shí)驗(yàn),可以看到光的衍射現(xiàn)象。如果圓,孔縮小，光斑也相應(yīng)縮小，當(dāng)圓,孔直徑縮小到與光波的波長(zhǎng)可相,比擬時(shí)，光斑不再縮小，反而變,大了，并且在光斑外面，形成一,圈一圈明暗相間的條紋，這就是,光的衍射圖樣,圖,6.26,光的衍射實(shí)驗(yàn),6.4,單縫衍射,6.4.2,惠更斯原理可以定性地,解釋波的衍射現(xiàn)象，但是不,能解釋為什么屏上會(huì)出現(xiàn)明,暗相間的條紋。菲涅耳發(fā)展,了惠更斯原理，他吸取了惠,更斯提出的次級(jí)子波概念,并用次波相干疊加的思想補(bǔ),充了惠更斯原理。如圖,6.27,所示,圖,6.27,6.4,單縫衍射,光的衍射通常可分為兩類，一類是光源或光屏,E,與

18、衍射,孔相距為有限遠(yuǎn)，稱為菲涅耳衍射，如圖,6.28(a,所示。另,一類是光源和光屏,E,都離衍射孔無(wú)限遠(yuǎn)或相當(dāng)于無(wú)限遠(yuǎn)，稱,為夫瑯禾費(fèi)衍射，如圖,6.28(b,所示。在實(shí)驗(yàn)室里，可利用,兩個(gè)會(huì)聚透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)夫瑯禾費(fèi)衍射，如圖,6.28(c,所示,6.4,單縫衍射,圖,6.28,菲涅耳與夫瑯禾費(fèi)衍射,6.4,單縫衍射,夫瑯禾費(fèi)單縫衍射,6.4.3,1,單縫衍射實(shí)驗(yàn)裝置,夫瑯禾費(fèi)單縫衍射實(shí)驗(yàn)裝置如圖,6.29,所示,光自縫光源,S,發(fā)出，經(jīng)透鏡,L,1,變?yōu)槠叫泄庹丈湓趩慰p上，再經(jīng)透鏡,L,2,L,2,緊靠單縫,聚焦，在屏,E,上形成夫瑯禾費(fèi)單縫衍射條紋,6.4,單縫衍射,圖,6.29,夫瑯禾費(fèi)單

19、縫衍射實(shí)驗(yàn)裝置示意圖,6.4,單縫衍射,2,單縫衍射條件,但是非常復(fù)雜，物理圖像不直觀。菲涅耳為了解釋單縫衍射圖樣提,出了一種簡(jiǎn)便的分析方法半波帶法。它在處理一些有對(duì)稱性的問(wèn),題時(shí)，既方便，物理圖像又清晰。如圖,6.30,a,所示,6.4,單縫衍射,圖,6.30,a,單縫衍射原理圖；,b,衍射條紋；,c,條紋光強(qiáng),6.4,單縫衍射,耳原理的基礎(chǔ)上，提出了將,波面分割成許多等面積波帶,的方法。把單縫分割成一系,列寬度相等的窄條,S,如圖,6.31,a,所示,圖,6.31,a,單縫平面與半波帶；,b,半波帶的原理,6.4,單縫衍射,3,單縫衍射光強(qiáng),單縫衍射的相對(duì)光強(qiáng),分布示意圖如圖,6.32,所

20、示,從圖中可以看出，單縫衍射,圖樣中各級(jí)極大處的光強(qiáng)是,不相同的，中央明紋光強(qiáng)最,大，其他明條紋光強(qiáng)迅速下,降,圖,6.32,單縫衍射的光強(qiáng)分布,6.4,單縫衍射,4,衍射條紋寬度,6.5,光柵衍射,衍射光柵,6.5.1,衍射光柵是由許多平行、等寬,等間距的狹縫所構(gòu)成的。通常光柵是,用玻璃片制成的，玻璃片上刻有大量,等間距的平行刻痕，在每條刻痕處因,漫反射，光不易透過(guò)，兩刻痕之間的,部分可以透光，相當(dāng)于一個(gè)狹縫，如,圖,6.33,所示,圖,6.33,衍射光柵,6.5,光柵衍射,光柵衍射條紋的成因,6.5.2,如圖,6.34(a,所示,單色平行光垂直照射在光柵,G,上，緊,靠光柵后面放一透鏡,L

21、,在透鏡的焦平面上放一屏,E,首先對(duì),于光柵中每一個(gè)寬度相等的狹縫來(lái)說(shuō)，它們各自在屏上產(chǎn)生,強(qiáng)度分布完全相同和位置完全重合的單縫衍射圖樣，這是因,為由各狹縫射出的同一方向的平行光束通過(guò)同一透鏡后會(huì)聚,在同一點(diǎn)上。如圖,6.34(b,所示,6.5,光柵衍射,圖,6.34,光柵衍射,6.5,光柵衍射,1,單縫衍射效應(yīng),1,衍射圖樣中各級(jí)明紋的亮度增強(qiáng)了。由于單縫上下,平移對(duì)衍射圖樣無(wú)影響，每縫的中央明紋都仍舊在透鏡的主,光軸焦點(diǎn)上。所以，光柵中各條縫的衍射圖樣重疊在一起,這樣衍射圖樣中的各級(jí)明紋亮度就增強(qiáng)了,2,若衍射角滿足單縫衍射暗紋條件,6.5,光柵衍射,2,多光束干涉,在上述重疊的單縫衍射圖

22、樣中，任一衍射極大處的光強(qiáng),度，并不都等于每一單縫所發(fā)出的衍射光在該處的光強(qiáng)度之,和。因?yàn)榻M成光柵的各條單縫都在同一波前上，它們發(fā)出的,衍射光都是相干光，在屏幕上還要發(fā)生多光束干涉。若它們,的衍射角相同，經(jīng)透鏡會(huì)聚于屏上,P,點(diǎn)，在,P,點(diǎn)出現(xiàn)的條紋應(yīng),是這,N,束光集體干涉的總效應(yīng)，如圖,6.35,所示,6.5,光柵衍射,圖,6.35,單縫衍射和多縫干涉,6.5,光柵衍射,若,N,個(gè)分振動(dòng)的振,幅矢量組成一閉合多,邊形，則,N,束光在,P,點(diǎn),的光振動(dòng)的合振幅等,于零,如圖,6.36,所示,圖,6.36,合振動(dòng)的振幅計(jì)算,6.5,光柵衍射,3,光柵的主極大公式,當(dāng)衍射角為時(shí)，從各狹縫對(duì)應(yīng)點(diǎn)沿

23、衍射角方向發(fā)出,的平行衍射光是相干光。經(jīng)透鏡聚焦后到達(dá)屏幕,P,處，形成一,條平行于狹縫的直線，由于透鏡的等光程原理，其中任意兩,條相鄰對(duì)應(yīng)衍射光之間的光程差。在,P,處形成一條明條紋。由,于它是由多束光干涉加強(qiáng)疊加而成，所以強(qiáng)度極大，故稱為,光柵的主極大明紋。式,6-32,稱為光柵方程,6.5,光柵衍射,4,缺級(jí)現(xiàn)象,上述光柵的主極大公式只是出現(xiàn)明紋干涉主極大的必要,條件,滿足主極大條件，同時(shí)若,Asin,k,k,1,2,3,這時(shí)在屏幕的,P,處應(yīng)該出現(xiàn)多光束干涉明紋主極大的位,置，卻出現(xiàn)了暗條紋，這就是缺級(jí)現(xiàn)象。缺級(jí)現(xiàn)象是光柵衍,射圖樣中特有的現(xiàn)象。下面舉例說(shuō)明,6.5,光柵衍射,N,很大

24、,極小和次極大的數(shù)目很多，在明,條紋之間實(shí)際上是一片暗區(qū)，明條紋將變得很細(xì)，光強(qiáng)集中在很窄,的區(qū)域內(nèi)，明條紋變得很亮。當(dāng),N=5,6.37,所,示。圖,6.37(a,是各單縫衍射的光強(qiáng)分布，圖,6.37(b,是只考慮多光,束干涉的光強(qiáng)分布，曲線是假設(shè)光柵上各縫在各個(gè)方向上的衍射光,的強(qiáng)度都一樣而得出的，實(shí)際上，每條縫發(fā)出的光，在不同的衍射,方向上，強(qiáng)度是不同的。我們所觀測(cè)到的條紋，正是干涉和衍射共,同作用的如圖,6.37(c,所示的總效果,6.5,光柵衍射,圖,6.37,a,單縫衍射；,b,多縫干涉；,c,光柵衍射,6.6,圓孔衍射,圓孔衍射實(shí)驗(yàn),6.6.1,前面我們討論了光線通過(guò)單縫產(chǎn)生衍射

25、的現(xiàn)象，當(dāng)光線,通過(guò)小圓孔時(shí)也會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。下面就討論圓孔衍射。用,小圓孔代替狹縫，如圖,6.38,a,所示，當(dāng)單色平行光垂直照,射小圓孔時(shí)，在透鏡,L,的焦平面上出現(xiàn)中央亮圓斑，其周圍是,6.38,b,所示。中心較亮的圓斑稱,為艾里斑，它大約集中了全部衍射光能的,80,6.6,圓孔衍射,圖,6.38,圓孔衍射,6.6,圓孔衍射,光學(xué)儀器的分辨率,6.6.2,按照幾何光學(xué)的理論，一個(gè)微小的物體，通過(guò)選擇合適的光,學(xué)儀器，總能放大到清晰可見(jiàn)的程度，然而實(shí)際上并非如此。一,般光學(xué)儀器都是由一些透鏡組成的，透鏡相當(dāng)于一個(gè)透光的小圓,孔。當(dāng)光通過(guò)小圓孔時(shí)，由于光的衍射現(xiàn)象，光學(xué)儀器的分辨本,領(lǐng)也要受

26、到衍射的限制。如圖,6.39(a,所示。如果這兩個(gè)衍射斑之,間的距離過(guò)近，艾里斑大部分相互重疊，兩點(diǎn),S,1,S,2,的像就不能分,辨，如圖,6.39(c,所示,6.6,圓孔衍射,圖,6.39,分辨的判據(jù),6.7,光的偏振,偏振光與自然光,6.7.1,1,橫波的偏振性,波可以分為橫波和縱波。橫波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng),方向垂直。通常將光矢量的振動(dòng)方向和光的傳播方向組成的,平面稱為振動(dòng)面。我們看一個(gè)機(jī)械橫波的實(shí)驗(yàn)，如圖,6.40,所,示，一根抖動(dòng)著的繩子，在橫波的傳播方向上，設(shè)置兩個(gè)上,面開(kāi)著狹縫的柵欄，柵欄的作用相當(dāng)于一個(gè)波的接收器，當(dāng),第一個(gè)柵欄的狹縫與繩子的振動(dòng)方向平行時(shí)，波可以不受阻,擋

27、地通過(guò)，當(dāng)?shù)诙€(gè)柵欄的狹縫與繩子振動(dòng)方向垂直時(shí)，橫,波就無(wú)法通過(guò),6.7,光的偏振,圖,6.40,橫波的特征,6.7,光的偏振,2,自然光,偏振光,1,自然光,為了形象地表示自然光的特征，我們用正對(duì)著光線所,看到的,E,矢量分布來(lái)表示,如圖,6.41,a,表示，自然光可以,分解為兩個(gè)互相垂直而振幅相等的獨(dú)立的光矢量振動(dòng)，如,圖,6.41,b,所示。圖,6.42,b,是自然光的表示法,6.7,光的偏振,圖,6.41,自然光,圖,6.42,自然光的表示法,6.7,光的偏振,2,在光的傳播過(guò)程中，如,果一束光的光矢量只沿一個(gè),確定的方向振動(dòng)，這種光稱,為線偏振光,簡(jiǎn)稱偏振光,圖,6.43(a,表示光矢量在紙面,內(nèi)振動(dòng)的線偏振光，圖