第十三章-波動(dòng)光學(xué)課件

1、第十三章 波動(dòng)光學(xué)第13章 波動(dòng)光學(xué)基礎(chǔ)上海同步輻射裝置全景第13章 波動(dòng)光學(xué)基礎(chǔ)13.8 單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射13.9 衍射光柵及光柵光譜13.10 線偏振光 自然光13.11 偏振片的起偏和檢偏 馬呂斯定律13.12 反射和折射產(chǎn)生的偏振 布儒斯特定律13.13 雙折射現(xiàn)象13.1 光是電磁波13.2 光源 光的干涉13.3 獲得相干光的方法 楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)13.4 光程與光程差13.5 薄膜干涉 13.6 邁克耳孫干涉儀13.7 惠更斯菲涅耳原理雖然我們不能改變周遭的世界，我們就只好改變自己，用愛心和智慧來面對(duì)這一切.065 mm，能分清干涉條紋的雙縫間距 d 最大是多少？入射光波長(zhǎng)越大，明

2、紋間相隔越遠(yuǎn)(2) 空氣劈尖頂點(diǎn)處是一暗紋。其臨界角arc sin(1.如果入射光波長(zhǎng)為 550 nm。但光振動(dòng)的方向與光不同。一切偉大的行動(dòng)和思想，都有一個(gè)微不足道的開始。試問在這12 cm長(zhǎng)度內(nèi)會(huì)呈現(xiàn)多少條暗條紋 ？設(shè)波面 Q 初相為0 ，其上面元ds 在P 點(diǎn)引起的振動(dòng)為2、自然光通過偏振片光強(qiáng)衰減一半。晶體可看作三維立體光柵。13.1 光是電磁波 一、電磁波1. 平面簡(jiǎn)諧波電磁波的描述(3) 真空中的電磁波是橫波(1)和變化同步，相位相同。(2) E 和H 的關(guān)系說明2. 電磁波的能量密度 能量密度 能流密度坡印亭矢量 （坡印亭矢量）(4) 波速真空中(5) 非強(qiáng)磁性介質(zhì)的折射率2.

3、電磁波的能量密度 波的強(qiáng)度 I ( 平均能流密度 )I 正比于 E02 或 H02, 通常采用其相對(duì)強(qiáng)度說明二、光是電磁波光色 波長(zhǎng)(nm) 頻率(Hz) 中心波長(zhǎng) (nm) 紅 760622 660 橙 622597 610 黃 597577 570 綠 577492 540 青 492470 480 蘭 470455 460 紫 455400 430 可見光七彩顏色的波長(zhǎng)和頻率范圍13.2 光源 光的干涉一、光源(1) 熱輻射 (2) 電致發(fā)光 (3) 光致發(fā)光 (4) 化學(xué)發(fā)光 自發(fā)輻射(5) 同步輻射光源 (6) 激光光源 受激輻射13.2 光源 光的干涉能級(jí)躍遷波列波列長(zhǎng) L = c

4、 10-8初相不相關(guān)(同一原子先后發(fā)的光).自發(fā)輻射E2E1受激輻射 = (E2-E1)/hE1E2完全一樣(頻率，相位，振動(dòng)方向，傳播方向)相干光源原子中處于高能級(jí)E2的電子，會(huì)在外來光子誘發(fā)下向低能級(jí)E1躍遷，并發(fā)出與外來光子一樣特征的光子。受激輻射連續(xù)發(fā)生，得到更多特征完全相同的光子，稱之為光放大。由受激輻射得到的放大了的光是相干光，稱之為激光。二、光波的疊加P12r1r2兩波在P 點(diǎn)的光振動(dòng)P 點(diǎn)的合光矢量?jī)蛇吰椒絇 點(diǎn)光強(qiáng)(1)(2)1.非相干疊加討論(3)若 ，但 不恒定。(3)= 02.相干疊加相干條件：頻率相同；相位差 恒定；光矢量方向平行。P 處波的強(qiáng)度其中(1) 干涉相長(zhǎng)（

5、明）(2) 干涉相消（暗）若若，則 。，則 。13.3 獲得相干光的方法 楊氏雙縫實(shí)驗(yàn) （分波陣面法） 一、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn) 明條紋位置明條紋位置明條紋位置獲得相干光的方法1. 分波陣面法（楊氏實(shí)驗(yàn))2. 分振幅法（薄膜干涉)x兩波在 P 點(diǎn)的相位差恒定不變，為x波程差兩波在 P 點(diǎn)的相位差恒定不變，為x 明紋 暗紋k = 0, 1，2，k = 0, 1， 2，相鄰暗條紋中心間距相鄰明紋中心間距(2) 相鄰明條紋間距 正比于 ；(3) 當(dāng)用白光作為光源時(shí)，在零級(jí)白色中央條紋兩邊對(duì)稱地排列著幾條彩色條紋 。討論條紋周期性排列是光波空間周期性的體現(xiàn)。0級(jí)明紋(1) 為了能分辨各級(jí)，得到干涉圖像，要求

6、d n1, n3 或(n2 最大或最小)n2 n1, n321SP 例1 一油輪漏出的油(折射率n1=1.20)污染了某海域, 在海水(n2=1.30)表面形成一層薄薄的油污。 (1)如果太陽正位于海域上空，一直升飛機(jī)的駕駛員從機(jī)上向正下方觀察，他所正對(duì)的油層厚度為460 nm,則他將觀察到油層呈什么顏色？ (2)如果一潛水員潛入該區(qū)域水下，并向正上方觀察，又將看到油層呈什么顏色？解 (1)綠色解 (2)透射光的光程差紅光紫光紫紅色光線垂直入射，經(jīng)劈尖上下表面的反射，形成兩束反射光，光程差為一、等厚干涉 1. 劈尖干涉adkdk+1明紋中心暗紋中心 明紋 暗紋空氣劈尖（明紋）（暗紋）相鄰明紋（

7、暗紋）間的厚度差劈尖干涉 條紋間距干涉條紋的移動(dòng)(1) 同一厚度 d 對(duì)應(yīng)同一級(jí)條紋等厚條紋。討論等厚條紋待測(cè)工件平晶D(2) 空氣劈尖頂點(diǎn)處是一暗紋。(3)應(yīng)用：可測(cè)量小角度、微小位移 x、微小直徑 D、測(cè)表面不平整度等。adkdk+1明紋中心暗紋中心(2)測(cè)膜厚(1)干涉膨脹儀 劈尖干涉的應(yīng)用 劈尖干涉的應(yīng)用(3)檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度空氣 (4)測(cè)細(xì)絲的直徑 為了測(cè)量一根細(xì)的金屬絲直徑D，按圖辦法形成空氣劈尖，用單色光照射形成等厚干涉條紋，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出干涉明條紋的間距，就可以算出D。已知單色光波長(zhǎng)為 589.3 nm，測(cè)量結(jié)果是：金屬絲與劈尖頂點(diǎn)距離L=28.880 mm，第1條明

8、條紋到第31條明條紋的距離為 4.295 mm。解 條紋間距 例1求 金屬絲直徑D。D例 2 波長(zhǎng)為680 nm的平行光照射到L=12 cm長(zhǎng)的兩塊玻璃片上，兩玻璃片的一邊相互接觸 ，另一邊被厚度=0.048 mm的紙片隔開. 試問在這12 cm長(zhǎng)度內(nèi)會(huì)呈現(xiàn)多少條暗條紋 ？解共有142條暗紋2. 牛頓環(huán) 光程差明紋 暗紋 內(nèi)低外高內(nèi)疏外密(2) 檢測(cè)透鏡的曲率半徑誤差及其表面平整度 。(1) 若接觸良好,中央為暗紋半波損失。 樣板待測(cè)透鏡條紋討論例1 如圖所示為測(cè)量油膜折射率的實(shí)驗(yàn)裝置，在平面玻璃片G上放一油滴，并展開成圓形油膜，在波長(zhǎng) 的單色光垂直入射下，從反射光中可觀察到油膜所形成的干涉條

9、紋已知玻璃的折射率為 ，油膜的折射率 ，問：當(dāng)油膜中心最高點(diǎn)與玻璃片的上表面相距 時(shí)，干涉條紋是如何分布的？可看到幾條明紋？明紋所在處的 油膜厚度為多少？SLG解 條紋為同心圓明紋油膜邊緣由于 故可觀察到四條明紋 .油滴展開時(shí)，條紋間距如何變化？條紋數(shù)目增加還是減少？解：如圖，設(shè)第K級(jí)條紋的牛頓環(huán)半徑為rk，該處的光程差為一個(gè)折射率為=1.5的透明球冠，其球面半徑為R，放在一個(gè)n2=n1=1.5,n3=1.75的兩種透明物質(zhì)的兩矩形塊上。求:(1)薄膜為空氣時(shí)，牛頓環(huán)的第k級(jí)明紋半徑。例題2則該處空氣膜厚度為:解：一個(gè)折射率為=1.5的透明球冠，其球面半徑為R，放在一個(gè)n2=n1=1.5,n3

10、=1.75的兩種透明物質(zhì)的兩矩形塊上。求:(1)薄膜為空氣時(shí)，牛頓環(huán)的第k級(jí)明紋半徑。例題2對(duì)亮紋有即：故（k=1,2,-）條紋為以接觸點(diǎn)為中心的同心圓環(huán)，而中心處則為暗紋（ ）（2）若劈尖中充滿n4=1.6的透明物質(zhì)時(shí)，牛頓環(huán)如何變化？（設(shè)用波長(zhǎng)為的單色光正入射）則光程差為:解：當(dāng)在劈尖中充滿4=1.6的透明物質(zhì)時(shí)，對(duì)條紋半徑為r處有右側(cè)左側(cè)n2=n1=1.5,n3=1.75對(duì)于左右兩側(cè)，分別可求出其第k級(jí)明暗條紋半徑：對(duì)于左右兩側(cè)，分別可求出其第k級(jí)明暗條紋半徑：小結(jié)(1)等厚干涉條紋為光程差相同的點(diǎn)的軌跡， 即厚度相等的點(diǎn)的軌跡。(2)厚度線性增長(zhǎng)條紋等間距，厚度非線性增長(zhǎng)條紋不等間距.

11、(3)條紋的動(dòng)態(tài)變化分析（ 變化時(shí)） 波長(zhǎng)550 nm黃綠光對(duì)人眼和照像底片最敏感。要使照像機(jī)對(duì)此波長(zhǎng)反射小，可在照像機(jī)鏡頭上鍍一層氟化鎂MgF2薄膜，已知氟化鎂的折射率 n=1.38 ，玻璃的折射率n=1.55。解 兩條反射光干涉減弱條件 k = 0 時(shí),增透膜有最小的厚度 并非對(duì)所有波長(zhǎng)的光都具有小的反射率。 例1求 氟化鎂薄膜的最小厚度。說明光程差玻璃薄膜例2一平面單色光波垂直照射在厚度均勻的薄油膜上，油膜覆蓋在玻璃板上，所用光源波長(zhǎng)可連續(xù)變化，觀察到500 nm和700 nm這兩個(gè)波長(zhǎng)的光在反射中消失。油的折射率為1.30，玻璃的折射率為1.50。解 根據(jù)題意，不需考慮半波損失，暗紋的

12、條件為 求 油膜的厚度 。光源移動(dòng) M1 鏡觀察屏13.6 邁克耳遜干涉儀一、干涉儀結(jié)構(gòu)M1 鏡M2鏡半反半透鏡 調(diào)節(jié)M2 的傾斜度，可分別得到等厚干涉和等傾干涉 平面鏡M1可以前后移動(dòng)二、工作原理空氣膜加強(qiáng)減弱光程差光束1和光束2就像來自于空氣薄膜 ( M1 和 M2之間) 的上下表面一樣。調(diào)節(jié)M2 的傾斜度，可分別得到等厚干涉和等傾干涉（M2 的像）半反半透膜插入介質(zhì)片光程差光程差變化光程差干涉條紋移動(dòng)數(shù)目介質(zhì)片厚度例1 在邁克耳孫干涉儀的兩臂中，分別插入 長(zhǎng)的玻璃管，其中一個(gè)抽成真空， 另一個(gè)則儲(chǔ)有壓強(qiáng)為 的空氣，用以測(cè)量空氣的折射率。設(shè)所用光波波長(zhǎng)為546 nm，實(shí)驗(yàn)時(shí)，向真空玻璃管中

13、逐漸充入空氣，直至壓強(qiáng)達(dá)到 為止。在此過程中，觀察到107.2條干涉條紋的移動(dòng)，試求空氣的折射率 。解三、時(shí)間相干性 兩光束產(chǎn)生干涉效應(yīng)的最大光程差稱為相干長(zhǎng)度,與相干長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的光傳播時(shí)間稱為相干時(shí)間。 時(shí)間相干性的好壞，就用一個(gè)波列延續(xù)的時(shí)間或波列長(zhǎng)度L來衡量。13.7 惠更斯菲涅耳原理一、光的衍射現(xiàn)象衍射屏觀察屏光源(剃須刀邊緣衍射)設(shè)波面 Q 初相為0 ，其上面元ds 在P 點(diǎn)引起的振動(dòng)為傾斜因子二、惠更斯菲涅耳原理1、同一波前上的各點(diǎn)發(fā)出的都是相干次波；2、各次波在空間某點(diǎn)的相干疊加，就決定了該點(diǎn)波的強(qiáng)度。P 點(diǎn)的振動(dòng)(遠(yuǎn)場(chǎng)衍射)2. 夫瑯禾費(fèi)衍射(近場(chǎng)衍射)1. 菲涅耳衍射 三、光的

14、衍射分類無限遠(yuǎn)光源無限遠(yuǎn)相遇光源O ,觀察屏E (或二者之一) 到衍射屏S 的距離為有限的衍射，如圖所示。光源O ,觀察屏E 到衍射屏S 的距離均為無窮遠(yuǎn)的衍射。( 菲涅耳衍射 )*一、半波帶法|2|2|2對(duì)于 P 點(diǎn)，狹縫處半波帶的數(shù)目|2*抵消a13.8 單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射一、半波帶法|2|2|2暗紋條件明紋條件相鄰兩個(gè)半波帶在 P 點(diǎn)引起的光振動(dòng)相互抵消|2*抵消a13.8 單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射|2|2|2*42半波帶數(shù)目級(jí)數(shù)一級(jí)暗紋二級(jí)暗紋一級(jí)明紋二級(jí)明紋35暗紋條件明紋條件相鄰兩個(gè)半波帶在 P 點(diǎn)引起的光振動(dòng)相互抵消干涉相消(暗紋)干涉加強(qiáng)(明紋)（介于明暗之間） 個(gè)半波帶 個(gè)半波帶中

15、央明紋中心(2) 單縫衍射和雙縫干涉條紋比較。單縫衍射條紋雙縫干涉條紋，則 在觀察屏上形成狹縫的幾何投影波動(dòng)光學(xué)退化到幾何光學(xué)。(1)討論用波長(zhǎng)為 的光垂直照射狹縫，得到單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射圖樣，第三級(jí)暗紋位于屏上的P點(diǎn)，問 （1）若將狹縫寬度減小一半，P點(diǎn)是明紋還是暗紋？（2）若用波長(zhǎng)為 1.5 的光照射狹縫，P點(diǎn)是明紋還是暗紋？例1解（1）P點(diǎn)是一級(jí)明紋。（2）波長(zhǎng)增大 1.5 倍，半波帶數(shù)目變?yōu)樵瓉淼?1/1.5，即 4個(gè)，所以P點(diǎn)是二級(jí)暗紋。暗紋明紋(1)第一暗紋距中心的距離第一暗紋的衍射角光直線傳播 增大， 減小 一定減小， 增大衍射最大 一定， 越大， 越大，衍射效應(yīng)越明顯。二、條紋

16、特征角范圍 線范圍中央明紋的寬度(2)中央明紋（ 的兩暗紋間） 單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？ 入射波長(zhǎng)變化，衍射效應(yīng)如何變化？越大， 越大，衍射效應(yīng)越明顯。 (3)條紋寬度（相鄰條紋間距）除了中央明紋外其它明紋的寬度干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）(4)單縫衍射的動(dòng)態(tài)變化單縫上移，零級(jí)明紋仍在透鏡光軸上. 單縫上下微小移動(dòng)，根據(jù)透鏡成像原理衍射圖不變 .(5)入射光非垂直入射時(shí)光程差的計(jì)算（中央明紋向下移動(dòng)）（中央明紋向上移動(dòng)）求對(duì)于暗紋有則如圖所示，設(shè)有一波長(zhǎng)為 的單色平面波沿著與縫平面的法線成 角的方向入射到寬為 a 的單縫 AB 上。解在狹縫兩個(gè)邊緣處，衍射角為 的兩光的光程差為

17、例1寫出各級(jí)暗條紋對(duì)應(yīng)的衍射角 所滿足的條件。 例2 如圖，一雷達(dá)位于路邊 15 m 處，它的射束與公路成 角。假如發(fā)射天線的輸出口寬度 ，發(fā)射的微波波長(zhǎng)是18 mm ，則在它監(jiān)視范圍內(nèi)公路長(zhǎng)度約是多少？解 將雷達(dá)天線輸出口看成是發(fā)出衍射波的單縫，衍射波能量主要集中在中央明紋范圍內(nèi).根據(jù)暗紋條件三、光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)1. 圓孔的夫瑯禾費(fèi)衍射孔徑為D衍射屏中央亮斑(艾里斑)2. 透鏡的分辨本領(lǐng)幾何光學(xué) 物點(diǎn)經(jīng)圓孔衍射后,一個(gè)點(diǎn)光源對(duì)應(yīng)一個(gè)艾里斑 (84%)波動(dòng)光學(xué)物點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)像點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)像斑愛里斑的半角寬度*望遠(yuǎn)鏡：瑞利判據(jù):對(duì)于兩個(gè)等光強(qiáng)的非相干物點(diǎn),如果一個(gè)像斑中心恰好落在另一像斑的邊緣(第

18、一暗紋處), 此兩像被認(rèn)為恰可分辨?？煞直鎰偪煞直娌豢煞直嬗懻摚汗鈱W(xué)儀器的分辨率和放大率。最小分辨角兩像恰可分辨光學(xué)儀器的最小分辨角如何提高分辨率？眼睛的最小分辨角為設(shè)人離車的距離為 S 時(shí)，恰能分辨這兩盞燈。在迎面駛來的汽車上，兩盞前燈相距 d=120 cm ，設(shè)夜間人眼瞳孔直徑為 D=5.0 mm ，入射光波為 =550 nm。例1人在離汽車多遠(yuǎn)的地方，眼睛恰能分辨這兩盞燈？求解d =120 cmS觀察者因此I0 絕大部分的光能量都落在中央明紋上。對(duì)于其它各級(jí)明紋，光強(qiáng)隨衍射角的增大而很快減小。單縫衍射13.9 衍射光柵及光柵光譜單縫衍射的缺點(diǎn)：1）縫必須很細(xì)，透過的光強(qiáng)很小，條紋不夠亮；

19、2）條紋較寬，明暗條紋區(qū)分不明顯，定位誤差較大。S*屏幕L2L2單縫在紙面內(nèi)垂直透鏡光軸上、下移動(dòng)，屏上衍射圖樣不改變。解決單縫衍射缺點(diǎn)的一個(gè)方案多縫取代單縫S*多縫會(huì)使條紋的亮度增強(qiáng)，并且會(huì)使明條紋變細(xì)。單縫衍射條紋多縫衍射條紋一、 光柵 許多等寬度、等距離的狹縫排列起來形成的光學(xué)元件.衍射角透射光柵 (衍射光柵)反射光柵 (閃耀光柵)1、光柵分類用途：分光；用作長(zhǎng)度和角度的精密測(cè)量、激光技術(shù)中的調(diào)制元件和自成像元件；（1）機(jī)制光柵：在玻璃片上刻劃出一系列平行等距的劃痕,刻過的地方不透光，未刻的地方透光。（2）全息光柵：通過全息照相，將激光產(chǎn)生的干涉條紋在干板上曝光，經(jīng)顯影定影制成全息光柵，

20、條紋更密，條紋間隔誤差更小。（3）復(fù)制光柵。2、光柵制作方法天然晶體內(nèi)按一定規(guī)則排列的微粒，形成 “空間光柵”（兩微粒間距離比人工刻出來的痕距要小得多），它適用于對(duì)X射線的衍射。 平行光照射在光柵上。對(duì)光柵中每一狹縫來說，均有單縫衍射的結(jié)果，由于光柵中有大量的等面積的平行狹縫，所以最后結(jié)果并不是每個(gè)單獨(dú)的狹縫所起的作用，還必須考慮來自各個(gè)狹縫所發(fā)出的光波之間的干涉。明紋位置相鄰兩縫間的光程差：光柵常數(shù)：光柵常數(shù)衍射角：透光部分的寬度：不透光部分的寬度二、光柵衍射條紋的形成光柵的衍射條紋是衍射和干涉的總效果光柵方程1、考慮縫間光線干涉 條紋最高級(jí)數(shù)討 論 光強(qiáng)分布1 條 縫20 條 縫3 條 縫

21、5 條 縫 光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越亮.亮紋的光強(qiáng)：?jiǎn)慰p光強(qiáng)）（：狹縫數(shù)，一定， 減少， 增大一定， 增大， 增大光柵常數(shù)越小，明紋越窄，明紋間相隔越遠(yuǎn)入射光波長(zhǎng)越大，明紋間相隔越遠(yuǎn)sinI單縫衍射N條單縫衍射L2L2單縫夫瑯和費(fèi)衍射圖樣，不隨縫的上下移動(dòng)而變化。2、考慮單縫衍射單縫衍射的光強(qiáng)分布縫間干涉的光強(qiáng)分布光柵衍射的光強(qiáng)分布光柵衍射圖樣是縫間干涉形成主極大明條紋光強(qiáng)受單縫衍射光強(qiáng)分布調(diào)制的結(jié)果。b sin =k k=1, 2, 缺級(jí)時(shí)衍射角同時(shí)滿足：(b+b) sin =k k=0,1, 2, 即：k 就是所缺的級(jí)次由于單縫衍射的影響，在應(yīng)該出現(xiàn)干涉極大（亮紋）的地方，不再出現(xiàn)亮紋縫

22、間干涉極大條件單縫衍射極小條件3、缺級(jí)缺 級(jí)k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=6k=-6缺級(jí)：k=3,6,9,.缺級(jí)光柵衍射 第三級(jí)極 大值位置單縫衍射 第一級(jí)極 小值位置例1 波長(zhǎng)為6000的單色光垂直入射在一光柵上，第二級(jí)明紋出現(xiàn)在sin2=0.2處，第4級(jí)為一個(gè)缺級(jí)。求(1)光柵上相鄰兩縫的距離是多少？(2)狹縫可能的最小寬度是多少？(3)按上述選定的b、b值，實(shí)際上能觀察到的全部明紋數(shù)是多少？解: (1)在-900900范圍內(nèi)可觀察到的明紋級(jí)數(shù)為k=0,1, 2, 3, 5, 6, 7, 9,共15條明紋一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜三、衍射光譜

23、三、衍射光譜例如二級(jí)光譜重疊部分光譜范圍二級(jí)光譜重疊部分:連續(xù)光譜：熾熱物體光譜線狀光譜：鈉鹽、分立明線帶狀光譜：分子光譜1、衍射光譜分類2、光譜分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光譜，所以由譜線的成分，可分析出發(fā)光物質(zhì)所含的元素或化合物；還可從譜線的強(qiáng)度定量分析出元素的含量。例2 用白光垂直照射在每厘米有6500條刻痕的平面光柵上，求第三級(jí)光譜的張角.解紅光第三級(jí)光譜的張角第三級(jí)光譜所能出現(xiàn)的最大波長(zhǎng)綠光紫光不可見3、重級(jí)現(xiàn)象當(dāng)兩波長(zhǎng)的光同時(shí)滿足：在該衍射方向上兩波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的 和 級(jí)重疊，稱為重級(jí)現(xiàn)象?！叭奔?jí)” 克服重級(jí)如420nm的第三級(jí)譜線與630nm 的第二級(jí)譜線重疊，可用 的光

24、柵使其第二級(jí)譜線缺級(jí)，順利地對(duì)420nm的光譜進(jìn)行測(cè)量。也可用濾色片將630nm的光濾掉（即吸收），來避免重級(jí)。例3 一束平行光垂直入射到某個(gè)光柵上，該光束有兩種波長(zhǎng)1=4400, 2=6600實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩種波長(zhǎng)的譜線第二次重合(不計(jì)中央明紋)于衍射角=600的方向上，求此光柵的光柵常數(shù)d。解：第二次重合k1=6,k2=4一束波長(zhǎng)為 480 nm 的單色平行光，照射在每毫米內(nèi)有600條刻痕的平面透射光柵上。求(1) 光線垂直入射時(shí)，最多能看到第幾級(jí)光譜？(2) 光線以 30入射角入射時(shí)，最多能看到第幾級(jí)光譜？例4解(1)能出現(xiàn)的條紋的級(jí)次(2) 斜入射時(shí)，可得到更高級(jí)次的光譜。(1) 斜入射級(jí)

25、次分布不對(duì)稱。(3) 垂直入射和斜入射相比，完整級(jí)次數(shù)不變。說明當(dāng) = -90時(shí)當(dāng) = 90時(shí)(2)能出現(xiàn)的條紋的級(jí)次時(shí)，第二級(jí)主極大也發(fā)生缺級(jí)，不符題意，舍去。每毫米均勻刻有100條線的光柵，寬度為D =10 mm，當(dāng)波長(zhǎng)為500 nm的平行光垂直入射時(shí)，第四級(jí)主極大譜線剛好消失，第二級(jí)主極大的光強(qiáng)不為 0 。(1) 光柵狹縫可能的寬度；(2) 第二級(jí)主極大的半角寬度。例5(1) 光柵常數(shù) 第四級(jí)主極大缺級(jí)，故有求解時(shí)時(shí)，符合題意的縫寬有兩個(gè)，分別是2.510-3 mm 和7.510-3 mm。(2) 光柵總的狹縫數(shù) 設(shè)第二級(jí)主極大的衍射角為 2N ，與該主極大相鄰的暗紋( 第2N +1 級(jí)

26、或第2N - 1 級(jí) ) 衍射角為 2N -1 ，由條紋公式有代入數(shù)據(jù)后，得第二級(jí)主極大的半角寬度 1895年德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X 射線（因此于1901年獲首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。 衍射前提：縫寬與入射光波長(zhǎng)差不多 X射線是波長(zhǎng)約為0.4 - 10 的電磁波。（一般光柵 ）既然 X 射線在本質(zhì)上和可見光一樣，也應(yīng)該產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象，但對(duì)于這樣短的波長(zhǎng)，普通的光學(xué)光柵是無法實(shí)現(xiàn)衍射的。根據(jù)勞厄斑點(diǎn)的分布可算出晶面間距，掌握晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。 晶體可看作三維立體光柵。晶體底片鉛屏X 射線管1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X 射線。X 射線是波長(zhǎng)很短的電磁波。 倫琴發(fā)現(xiàn)，受高速電子撞擊的金屬會(huì)發(fā)射一種穿透性很強(qiáng)的

27、射線稱射線勞 厄 斑 點(diǎn)鉛板單晶片 照像底片 單晶片的衍射1912年勞厄?qū)嶒?yàn)X 射線冷卻水布 拉 格 反 射入射波散射波 1913年英國(guó)布拉格父子提出了一種解釋射線衍射的方法，給出了定量結(jié)果，并于1915年榮獲物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)晶格常數(shù) 相鄰兩個(gè)晶面反射的兩X射線干涉加強(qiáng)的條件 布拉格公式意義1：開創(chuàng)了醫(yī)療影像技術(shù)的先河 利用電子計(jì)算機(jī)X射線斷層成像（CT），可以更好的分辨人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像，大幅提高了疾病診斷的準(zhǔn)確性，成為20世紀(jì)醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域所取得的最重大的突破之一。此后，醫(yī)療影像技術(shù)迅猛發(fā)展，核磁共振成像（MRI）、計(jì)算機(jī)放射成像（CR）、數(shù)字放射成像(DR)、發(fā)射式計(jì)算機(jī)斷層成像（ECT）等各

28、種數(shù)字化醫(yī)療影像新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，組成了功能強(qiáng)大的放射成像信息系統(tǒng)（RIS），成為醫(yī)療診斷必不可少的重要基石。 意義2： 德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)聯(lián)合研制的一顆X射線天文衛(wèi)星拍攝到了月亮的X射線照片、觀測(cè)了超新星遺跡和星系團(tuán)的形態(tài)、探測(cè)了分子云發(fā)出的彌散X射線輻射陰影、孤立中子星、蘇梅克-列維9號(hào)彗星與木星碰撞發(fā)出的X射線、雙子座X射線源杰敏卡的脈動(dòng)等等，還發(fā)現(xiàn)了彗星的X射線輻射。 用途 測(cè)量射線的波長(zhǎng)，研究X射線譜，進(jìn)而研究原子結(jié)構(gòu)；研究晶體的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步研究材料性能。例如：對(duì)大分子DNA晶體的成千張的X射線衍射照片的分析發(fā)現(xiàn)DNA是有兩個(gè)周期的螺旋，進(jìn)一步的理論分析得出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA

29、 晶體的X衍射照片DNA 分子的雙螺旋結(jié)構(gòu) 布拉格公式光 柵 小 結(jié)明紋位置1、光柵方程2、缺級(jí)3、重級(jí)4、 布拉格公式一、光的偏振態(tài)及分類1、光的偏振態(tài)橫波：光矢量 位于與傳播方向垂直的平面內(nèi)光矢量 在該平面內(nèi)的具體振動(dòng)方式, 稱為光的偏振態(tài)。2、光的偏振態(tài)的分類（1）線偏振光（linearly polarized light）在一束光中，所有子光波的光矢量 均在同一個(gè)方向振動(dòng),這樣光稱為線偏振光。播傳方向zyxo振動(dòng)面面對(duì)光的傳播方向看光矢量 與光的傳播方向構(gòu)成的平面稱為振動(dòng)面。線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解線偏振光的表示法：光振動(dòng)垂直屏面光振動(dòng)平行屏面（2）自然光（natural l

30、ight） 發(fā)光的隨機(jī)性 發(fā)光的間隙性E2E3E4EE6E5任意方向的振動(dòng)都不比其它方向的振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。任意方向的振動(dòng)都不比其它方向的振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。沒有優(yōu)勢(shì)方向自然光的圓模型一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。自然光的分解自然光的分解自然光的分解自然光的表示法：（3）部分偏振光（partially polarized light)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(dòng)方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。部分偏振光的表示法：平行屏面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直屏面的光振動(dòng)較強(qiáng)部分偏振光:光波既不是完全偏振光,也不是自然光,而是兩者的混合 偏振光在科學(xué)研究等領(lǐng)

31、域獲得極為廣泛的應(yīng)用,但是普通光源發(fā)出的光是自然光,通過什么途徑來獲得線偏振光?問題？二、偏振片 起偏和檢偏偏振片：能夠?qū)⒆匀还庾優(yōu)槠窆獾脑Ｖ辉试S某一方向的光振動(dòng)通過。從自然光獲得線偏振光的過程稱為起偏，獲得線偏振光的器件或裝置稱為起偏器。起偏器有多種，例如，利用光的反射起偏的玻璃堆,利用晶體的二向色性的各類偏振片. 起 偏偏振化方向起偏器重要規(guī)律：2、自然光通過偏振片光強(qiáng)衰減一半。1、自然光通過偏振片變?yōu)榫€偏振光；偏振片的偏振化方向（又稱為透偏振方向）：偏振片允許通過的光振動(dòng)的方向，也就是透過偏振片的偏振光的光振動(dòng)方向。偏振化方向自然光偏振片線偏振光偏振片的作用機(jī)制作用機(jī)制是利用材料的

32、選擇性吸收效應(yīng)(二向色性)，即對(duì)不同方向的電磁振動(dòng)具有不同吸收的性質(zhì)。偏振片的原理可以用圖中的線柵模型來說明:將具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚乙烯醇高分子化合物薄膜作為片基，把它浸入碘液中，再經(jīng)過硼酸水溶液還原穩(wěn)定后，再把它定向拉伸 4-5 倍，使大分子定向排列。即經(jīng)拉伸后，使高分子材料由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變成線狀結(jié)構(gòu)，碘分子則整齊地被吸附在該薄膜上。 I 有變化, 最小值為零(消光)是什么光？I 有變化,但最小值不為零，是什么光？I 不變，是什么光？檢偏：用偏振器件檢查入射光的偏振性。慢慢旋轉(zhuǎn)檢偏器,觀察透過偏振片的光的光強(qiáng)I如何變化？?待檢光IP旋轉(zhuǎn)自然光線偏振光部分偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化兩偏振片的偏振化方向相互垂直時(shí)屏上光強(qiáng)為零線偏振光垂直入射到偏振片上，透過的光強(qiáng)如何？I0IPP E0E=E0cos 如果入射線偏振光的光強(qiáng)為I0，透過檢偏器后,透射光的光強(qiáng)為I，則 馬呂斯定律（1809） ：線偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向之間的夾角。P : 為偏振化方向 三、馬呂斯定律例1 有兩個(gè)偏振片,一個(gè)用作起偏器，一個(gè)用作檢偏器。當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為 時(shí)，一束單色自然光穿過它們，出射光強(qiáng)為 ; 當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為 時(shí)，另一束單色自然光穿過它們，出射光強(qiáng)為 ， 且 。求兩束單色自然光的強(qiáng)度之比。解 設(shè)兩束單色自然光的強(qiáng)度分別為