許青春物理舊課件光學(xué)

1、 光柵衍射的光強(qiáng)分布 以 d=4a, 為例048-4-80-2-112(/a)04-8-48(/d)(/d)暗紋（中心)明紋(中心)如果是斜入射光線(xiàn)1與2的光程差為 如果用白光照射光柵,由光柵方程 dsin=k , 亮紋( k=0,1, 2,)可知,同一級(jí)譜線(xiàn)中，不同波長(zhǎng)的譜線(xiàn)出現(xiàn)在不同的角處(中央零級(jí)除外),由中央向外按波長(zhǎng)由短到長(zhǎng)的次序分開(kāi)排列，形成彩色的光帶光柵光譜。光柵光譜k=0k=1k=2k=3k=-1k=-2k=-3一個(gè)主極大條紋就是一條譜線(xiàn) 4 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)1.圓孔夫瑯和費(fèi)衍射 愛(ài)里斑所對(duì)應(yīng)的角半徑 滿(mǎn)足：D 是圓孔的直徑。愛(ài)里斑對(duì)透鏡中心的張角為:中央亮斑(愛(ài)里斑)1 f

2、光闌幾何光學(xué)：一個(gè)點(diǎn)通過(guò)透鏡成像于一點(diǎn)。衍射觀點(diǎn)：一個(gè)點(diǎn)通過(guò)透鏡形成衍射圖樣。透鏡本身就相當(dāng)于一個(gè)光闌因?yàn)橥哥R不可能無(wú)窮大大多數(shù)光學(xué)儀器都是通過(guò)透鏡將入射光會(huì)聚成像的瑞利判據(jù)ID*S1S20min最小分辨角定義分辨本領(lǐng)：果一物點(diǎn)在像平面上形成的愛(ài)里斑中心，恰好落在令一物點(diǎn)的衍射第一級(jí)暗環(huán)上，這兩個(gè)物點(diǎn)恰能被儀器分辨。（2） d=Lmin=25cm2.210-4=0.0055cm例6 設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為3mm ,而在可見(jiàn)光中，人眼最靈敏的波長(zhǎng)為550nm，問(wèn) (1)人眼的最小分辨角有多大？ （2）若物體放在距人眼L=25cm處，則兩物點(diǎn)距離d為多大時(shí)才能分辨。解 （1）人眼的最小分

3、辨角為min= 1.22/D=1.225.510-7/(3 10-3m) =2.2 10-4rad光的衍射小結(jié)惠更斯菲涅耳原理單縫衍射半波帶法振幅矢量法光柵衍射光柵方程缺級(jí)問(wèn)題光譜光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)第一節(jié) 光的偏振態(tài)一，光的偏振性 第十五章 光的偏振光波中光矢量(電場(chǎng))的振動(dòng)方向與光的傳播方向垂直。光的傳播方向偏振態(tài):光矢量在垂直于傳播方向的平面內(nèi)的振動(dòng)狀態(tài)為了研究光的性質(zhì)，還必須研究光的振動(dòng)是哪個(gè)方向，我們把光的這一性質(zhì)稱(chēng)為光的偏振性1. 自然光：各方向光振動(dòng)振幅相同。沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向自然光的分解對(duì)自然光，若把所有方向的光振動(dòng)都分解到相互垂直的兩個(gè)方向上，這樣我們可用兩個(gè)獨(dú)立的,相互垂直且振幅相

4、等的光振動(dòng)來(lái)表示自然光最常見(jiàn)的偏振態(tài)共5種:自然光、線(xiàn)偏振光、部分偏振光，圓偏振光及橢圓偏振光。2. 線(xiàn)偏振光：在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，若光矢量只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)，E播傳方向振動(dòng)面面對(duì)光的傳播方向看線(xiàn)偏振光3. 部分偏振光：若光波中雖然包括一切方向的振動(dòng)，但不同方向上的振幅不等部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光右旋橢圓偏振光右旋圓偏振光 圓偏振光, 橢圓偏振光 光矢量在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),按一定頻率旋轉(zhuǎn)(左旋或右旋)。如果光矢量的端點(diǎn)軌跡是一個(gè)橢圓,這種光叫做橢圓偏振光。如果光矢量端點(diǎn)軌跡是一個(gè)圓,這種光叫做圓偏振光,這相當(dāng)于兩個(gè)相互垂直的有確定相位關(guān)系的振動(dòng)的合

5、成。光的傳播方向光的傳播方向垂直方向同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成分振動(dòng)x=A1cos( t+ 1)y=A2cos( t+ 2)合運(yùn)動(dòng)2 偏振片與馬呂斯定律起偏器：從自然光獲得線(xiàn)偏振光的器件；檢偏器：用于鑒別光的偏振狀態(tài)的器件。1. 偏振片 偏振片的構(gòu)造: 將硫酸碘金雞鈉霜晶粒定向排列并蒸鍍?cè)谕该骰?就制成偏振片。 偏振片的特性: 能吸收某一方向的光振動(dòng)而僅讓與此方向垂直的光振動(dòng)通過(guò)。 線(xiàn)偏振光 光強(qiáng)無(wú)變化的是自然光; 光強(qiáng)有變化,但最小值不為零的是部分偏振光; 光強(qiáng)有變化,但最小值為零(消光)的是線(xiàn)偏振光。線(xiàn)偏振光線(xiàn)偏振光線(xiàn)偏振光光的偏振狀態(tài)的鑒別在垂直于入射光的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片馬呂斯定律II0P

6、 是入射線(xiàn)偏振光的光振動(dòng)方向和偏振片偏振化方向之間的夾角。上式稱(chēng)為馬呂斯定律。 強(qiáng)度為Io的線(xiàn)偏振光,透過(guò)檢偏片后,透射光的強(qiáng)度(不考慮吸收)為：E=E0cosP E0解 : 令I(lǐng)1和I2分別為兩光源照到起偏器上的光強(qiáng)。透過(guò)起偏器后，光的強(qiáng)度分別為I1/2和I2 /2。按照馬呂斯定律，透過(guò)檢偏器后光的強(qiáng)度為 例1 用兩偏振片平行放置，在它們的偏振化方向成300角時(shí)，觀測(cè)一自然光光源，又在成600角時(shí)，觀察另一自然光光源，兩次所得的強(qiáng)度相等。求兩光源光強(qiáng)之比 例題2 一束光是自然光和線(xiàn)偏振光的混合。當(dāng)它通過(guò)一偏振片后，測(cè)得最大透射光強(qiáng)是最小透射光強(qiáng)的5倍，求入射光中自然光和線(xiàn)偏振光的光強(qiáng)之比。

7、解 設(shè)入射光中自然光的光強(qiáng)為I1，線(xiàn)偏振光的光強(qiáng)為I2，則透射光強(qiáng)第3節(jié) 反射和折射時(shí)的偏振光 n1n2iir自然光在兩種同性介質(zhì)的分界面上反射和折射時(shí)，折射光和反射光都變?yōu)椴糠制窆狻?反射光是以垂直于入射面的光振動(dòng)為主的部分偏振光，折射光是以平行于入射面的光振動(dòng)為主的部分偏振光。不同偏振態(tài)的光在發(fā)生反射和折射時(shí)所表現(xiàn)出的光學(xué)性質(zhì)反射光垂直折射射光n1sinio=n2sinr sinr =cosio=sin(90o-io)于是有： io+r =90o。n1n2iirn1n2i0i0r布儒斯特定律 為了增大折射光的偏振化程度，可以采用若干相互平行，由相同玻璃片組成的玻璃i0(接近線(xiàn)偏振光)玻璃

8、堆 例題3 畫(huà)出下列圖中的反射光和折射光。n1n2(a)in1n2(b)ion1n2(c)i不同偏振態(tài)的光所表現(xiàn)出的光學(xué)性質(zhì)不一樣要研究光的性質(zhì)，確實(shí)需要研究光的偏振性，第4節(jié) 光在晶體中的雙折射一、雙折射現(xiàn)象不同偏振態(tài)的光在媒質(zhì)中傳播時(shí)所表現(xiàn)的光學(xué)性質(zhì) 同時(shí)還存在另一類(lèi)媒質(zhì),方解石(化學(xué)成分是CaCO3)、石英、云母等,光在其中傳播時(shí),沿著不同方向有不同的傳播速率,這樣的媒質(zhì)稱(chēng)為光學(xué)各向異性媒質(zhì)。光在晶體中的雙折射現(xiàn)象就是光學(xué)各向異性的表現(xiàn)。 有些透明媒質(zhì),如玻璃、水、肥皂液等,不論光沿哪個(gè)方向,傳播速度都是相同的,媒質(zhì)只有一個(gè)折射率,這樣的媒質(zhì)稱(chēng)為光學(xué)各向同性媒質(zhì)。一束入射光經(jīng)折射后（射向

9、石英晶體，方解石等各向異性介質(zhì)時(shí)）分成兩束的現(xiàn)象，稱(chēng)為雙折射n1n2irore(各向異性媒質(zhì))自然光o光e光兩條折射光線(xiàn)中有一條遵守通常的折射定律(n1sini =n2sinr ,折射光線(xiàn)在入射面內(nèi)),這條光線(xiàn)稱(chēng)為尋常光線(xiàn),簡(jiǎn)稱(chēng)o光。另一條光線(xiàn)不遵守通常的折射定律,它不一定在入射面內(nèi),這條光線(xiàn)稱(chēng)為非常光線(xiàn),簡(jiǎn)稱(chēng)e光。雙折射現(xiàn)象o光和e光的傳播速度不同。 o光在晶體中各個(gè)方向的傳播速度相同，因而折射率no=c/o=恒量。 e光在晶體中的傳播速度e隨方向變化，因而折射率ne=c/e是變量，隨方向變化。 雙折射現(xiàn)象n1sinio=n2sinr入射光為自然光，o光和e光都是線(xiàn)偏振光方解石oe光的偏振性與雙折射的聯(lián)系o光和e光與光的偏振性二 光軸 主平面 主截面AB光軸102主平面：晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面主截面：晶體表面的法線(xiàn)與晶體光 軸構(gòu)成的平面。光軸：當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，該方向稱(chēng)為晶體的光軸例如方解石的光軸方向 只有一個(gè)光軸的晶體,稱(chēng)為單軸晶體,如方解石、石英、紅寶石等。有兩個(gè)光軸的晶體稱(chēng)為雙軸晶體,如云母、硫磺、藍(lán)寶石實(shí)驗(yàn)表明：o光的振動(dòng)方向垂直于自己的主平面，而e光的振動(dòng)平行于自己的主平面。 當(dāng)入射光在晶體的主截面內(nèi)時(shí):o光