第十一章波動(dòng)光學(xué)

1光學(xué)第十一章2本章目錄11-1相干光11-5邁克耳孫干涉儀11-4劈尖牛頓環(huán)11-3光程薄膜干涉11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡11-0教學(xué)基本要求11-6光的衍射11–7單縫衍射3本章目錄11-12雙折射偏振棱鏡11-11反射光和折射光的偏振11-10光的偏振性馬呂斯定律11-9衍射光柵11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)*11-13液晶顯示*11-14幾何光學(xué)4

光的干涉

一

理解相干光的條件及獲得相干光的方法.11-0教學(xué)基本要求

二掌握光程的概念以及光程差和相位差的關(guān)系，理解在什么情況下的反射光有相位躍變.5

三

能分析楊氏雙縫干涉條紋及薄膜等厚干涉條紋的位置.

四了解邁克耳孫干涉儀的工作原理.11-0教學(xué)基本要求6

二了解用波帶法來分析單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射條紋分布規(guī)律的方法，會(huì)分析縫寬及波長(zhǎng)對(duì)衍射條紋分布的影響.

光的衍射一了解惠更斯－菲涅耳原理及它對(duì)光的衍射現(xiàn)象的定性解釋.11-0教學(xué)基本要求7

三理解光柵衍射公式,

會(huì)確定光柵衍射譜線的位置，會(huì)分析光柵常數(shù)及波長(zhǎng)對(duì)光柵衍射譜線分布的影響.

四了解衍射對(duì)光學(xué)儀器分辨率的影響.

五了解X

射線的衍射現(xiàn)象和布拉格公式的物理意義.11-0教學(xué)基本要求8光的偏振

一

理解自然光與偏振光的區(qū)別.二理解布儒斯特定律和馬呂斯定律.三了解雙折射現(xiàn)象.四了解線偏振光的獲得方法和檢驗(yàn)方法.

11-0教學(xué)基本要求9一、光學(xué)的研究?jī)?nèi)容研究光的本性；光的產(chǎn)生、傳輸與接收規(guī)律；光與物質(zhì)的相互作用；光學(xué)的應(yīng)用。緒言二、光的兩種學(xué)說牛頓的微粒說光是由發(fā)光物體發(fā)出的遵循力學(xué)規(guī)律的粒子流?；莞沟牟▌?dòng)說光是機(jī)械波，在彈性介質(zhì)“以太”中傳播。四、光學(xué)的分類幾何光學(xué)以光的直線傳播和反射、折射定律為基礎(chǔ)，研究光學(xué)儀器成象規(guī)律。物理光學(xué)以光的波動(dòng)性和粒子性為基礎(chǔ)，研究光現(xiàn)象基本規(guī)律。波動(dòng)光學(xué)——光的波動(dòng)性：研究光的傳輸規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科量子光學(xué)——光的粒子性：研究光與物質(zhì)相互作用規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科三、光的本性光的電磁理論——波動(dòng)性：干涉、衍射、偏振光的量子理論——粒子性：黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)11一光是一種電磁波平面電磁波方程

光矢量E矢量能引起人眼視覺和底片感光，電場(chǎng)強(qiáng)度

E

的振動(dòng)稱為光振動(dòng)，電場(chǎng)強(qiáng)度稱為光矢量。

真空中的光速11-1相干光12一、光波1．光波的概念：紅外光：λ>0.76μm可見光：0.4μm與0.76μm之間紫外光：λ<0.4μm2．光的顏色：?jiǎn)紊狻缓瑔我徊ㄩL(zhǎng)的光：激光復(fù)色光——不同波長(zhǎng)單色光的混合：白光3．光的速度與折射率：

v=c/n13二、光矢量1．光矢量電場(chǎng)強(qiáng)度E的振動(dòng)稱為光振動(dòng)，電場(chǎng)強(qiáng)度稱為光矢量。2．光強(qiáng)光的平均能流密度，表示單位時(shí)間內(nèi)通過與傳播方向垂直的單位面積的光的能量在一個(gè)周期內(nèi)的平均值

I=E02三、光的干涉現(xiàn)象1．什么是光的干涉現(xiàn)象兩束光的相遇區(qū)域形成穩(wěn)定的、有強(qiáng)有弱的光強(qiáng)分布。2．相干條件①振動(dòng)方向相同②振動(dòng)頻率相同③相位相同或相位差保持恒定3．相干光與相干光源兩束滿足相干條件的光稱為相干光相應(yīng)的光源稱為相干光源14可見光的范圍二相干光1

普通光源的發(fā)光機(jī)制原子能級(jí)及發(fā)光躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)11-1相干光15P21普通光源發(fā)光特點(diǎn)：原子發(fā)光是斷續(xù)的，每次發(fā)光形成一個(gè)短短的波列,各原子各次發(fā)光相互獨(dú)立，各波列互不相干.同一原子發(fā)光具有瞬時(shí)性和間歇性、偶然性和隨機(jī)性，而不同原子發(fā)光具有獨(dú)立性。結(jié)論：普通光源發(fā)出的光波不滿足相干條件，不是相干光，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。11-1相干光16光波列長(zhǎng)度：m2．獲得相干光源的兩種方法原理：將同一光源上同一點(diǎn)或極小區(qū)域發(fā)出的一束光分成兩束，讓它們經(jīng)過不同的傳播路徑后，再使它們相遇，它們是相干光。方法：分波陣面法：把光波的陣面分為兩部分；分振幅法：利用兩個(gè)反射面產(chǎn)生兩束反射光。17波陣面分割法*光源2

相干光的產(chǎn)生振幅分割法11-1相干光18托馬斯·楊（ThomasYoung）英國(guó)物理學(xué)家、醫(yī)生和考古學(xué)家，光的波動(dòng)說的奠基人之一波動(dòng)光學(xué)：楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)生理光學(xué)：三原色原理材料力學(xué)：楊氏彈性模量考古學(xué)：破譯古埃及石碑上的文字1、楊氏簡(jiǎn)介11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡一楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)192、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置

1801年，楊氏巧妙地設(shè)計(jì)了一種把單個(gè)波陣面分解為兩個(gè)波陣面以鎖定兩個(gè)光源之間的相位差的方法來研究光的干涉現(xiàn)象。楊氏用疊加原理解釋了干涉現(xiàn)象，在歷史上第一次測(cè)定了光的波長(zhǎng)，為光的波動(dòng)學(xué)說的確立奠定了基礎(chǔ)。2020實(shí)驗(yàn)裝置p一楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)波程差11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡213

雙縫干涉的波程差兩光波在P點(diǎn)的波程差為:因?yàn)?

r12=d’2+(x-d/2)2

r22=d’2+(x+d/2)2所以:r22-r12=2xd即(r2-r1)(r2+r1)=2xd采用近似:r2+r1≈2d’11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡波程差2222實(shí)驗(yàn)裝置p加強(qiáng)

減弱11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡2323暗紋

明紋p11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡24討論條紋間距明、暗條紋的位置白光照射時(shí)，出現(xiàn)彩色條紋。暗紋

明紋11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡

條紋間距：相鄰明紋中心或相鄰暗紋中心的距離稱為條紋間距5.干涉條紋的特點(diǎn)雙縫干涉條紋是與雙縫平行的一組明暗相間彼此等間距的直條紋，上下對(duì)稱。2525(1)

一定時(shí)，若變化,

則將怎樣變化？11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡2626(2)一定時(shí),條紋間距與的關(guān)系如何？11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡①光源S位置改變：S下移時(shí)，零級(jí)明紋上移，干涉條紋整體向上平移；S上，干涉條紋整體向下平移，條紋間距不變。②雙縫間距d改變：當(dāng)d

增大時(shí)，Δx減小，零級(jí)明紋中心位置不變，條紋變密。當(dāng)d

減小時(shí)，Δx增大，條紋變稀疏。③雙縫與屏幕間距D改變：當(dāng)D

減小時(shí)，Δx減小，零級(jí)明紋中心位置不變，條紋變密。當(dāng)D

增大時(shí)，Δx增大，條紋變稀疏。Δx=Dλ/d6、討論：Δx=Dλ/d（1）波長(zhǎng)及裝置結(jié)構(gòu)變化時(shí)干涉條紋的移動(dòng)和變化11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡28對(duì)于不同的光波，若滿足k1λ1=k2λ2出現(xiàn)干涉條紋的重疊。④入射光波長(zhǎng)改變：

當(dāng)λ增大時(shí)，Δx增大，條紋變疏；當(dāng)λ減小時(shí)，Δx減小，條紋變密。若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。297、光強(qiáng)分布合光強(qiáng)為

I=I1+I2+2sqrt(I1I2)cosΔ當(dāng)I1=I2=I0時(shí)

I=2I0(1+cosΔ)=4I0cos2(Δ/2)=4I0cos2(δ/λ)當(dāng)δ=±kλ時(shí)，I=Imax=4I0當(dāng)δ=±(2k-1)λ/2時(shí)，I=Imin=0308、楊氏雙縫干涉的應(yīng)用（1）測(cè)量波長(zhǎng)：（2）測(cè)量薄膜的厚度和折射率：（3）長(zhǎng)度的測(cè)量微小改變量。例求光波的波長(zhǎng)在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，已知雙縫間距為0.60mm，縫和屏相距1.50m，測(cè)得條紋寬度為1.50mm，求入射光的波長(zhǎng)。解：由楊氏雙縫干涉條紋間距公式

Δx=Dλ/d可以得到光波的波長(zhǎng)為

λ=Δx·d/D代入數(shù)據(jù)，得λ=1.50×10-3×0.60×10-3/1.50=6.00×10-7m=600nm11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡31當(dāng)雙縫干涉裝置的一條狹縫后面蓋上折射率為n=1.58的云母片時(shí)，觀察到屏幕上干涉條紋移動(dòng)了9個(gè)條紋間距，已知波長(zhǎng)λ=5500A0，求云母片的厚度。例、根據(jù)條紋移動(dòng)求縫后所放介質(zhì)片的厚度解：沒有蓋云母片時(shí)，零級(jí)明條紋在O點(diǎn)；當(dāng)S1縫后蓋上云母片后，光線1的光程增大。由于零級(jí)明條紋所對(duì)應(yīng)的光程差為零，所以這時(shí)零級(jí)明條紋只有上移才能使光程差為零。依題意，S1縫蓋上云母片后，零級(jí)明條紋由O點(diǎn)移動(dòng)原來的第九級(jí)明條紋位置P點(diǎn)，當(dāng)x<<D時(shí)，S1發(fā)出的光可以近似看作垂直通過云母片，光程增加為(n-1)b，從而有

(n-1)b=kλ所以

b=kλ/(n-1)=9×5500×10-10/(1.58-1)=8.53×10-6mr2r1OPxdS2S13232例以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上，雙縫與屏幕的垂直距離為1m.

(1)從第一級(jí)明紋到同側(cè)的第四級(jí)明紋間的距離為7.5mm，求單色光的波長(zhǎng)；

(2)若入射光的波長(zhǎng)為600nm,中央明紋中心距離最鄰近的暗紋中心的距離是多少？11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡3333解(1)(2)

已知求(1)

(2)

11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡3434二縫寬對(duì)干涉條紋的影響空間相干性實(shí)驗(yàn)觀察到，隨縫寬的增大，干涉條紋變模糊，最后消失．

空間相干性11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡35二、菲涅耳雙面鏡干涉實(shí)驗(yàn)引入菲涅耳提出了的獲得相干光的方法。實(shí)驗(yàn)裝置原理:屏幕上O點(diǎn)在兩個(gè)虛光源連線的垂直平分線上，屏幕上明暗條紋中心對(duì)O點(diǎn)的偏離

x為：明條紋中心的位置暗條紋中心的位置3636三勞埃德鏡

半波損失：光由光速較大的介質(zhì)射向光速較小的介質(zhì)時(shí)，反射光位相突變.PML11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡三、勞埃德鏡實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置與原理AB為一背面涂黑的玻璃片，從狹縫S1射出的光，一部分直接射到屏幕X上，另一部分經(jīng)過玻璃片反射后到達(dá)屏幕，反射光看成是由虛光源S2發(fā)出的，S1、S2構(gòu)成一對(duì)相關(guān)光源，在屏幕上可以看到明、暗相間的干涉條紋。光欄半波損失原因：當(dāng)光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，反射光的相位發(fā)生了π躍變，或者反射光產(chǎn)生了λ/2附加的光程差，即“半波損失”。解釋：光的電磁理論（菲涅耳公式）可以解釋半波損失?，F(xiàn)象：當(dāng)屏幕W移至B處，從S和S’到B點(diǎn)的光程差為零，但是觀察到暗條紋，驗(yàn)證了反射時(shí)有半波損失存在。3838例如圖離湖面h=0.5m處有一電磁波接收器位于C

，當(dāng)一射電星從地平面漸漸升起時(shí)，接收器斷續(xù)地檢測(cè)到一系列極大值.已知射電星所發(fā)射的電磁波的波長(zhǎng)為20.0cm,求第一次測(cè)到極大值時(shí)，射電星的方位與湖面所成角度.ACB1211-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡3939解計(jì)算波程差極大時(shí)ACB1211-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡4040ACB12取

注意

考慮半波損失時(shí)，附加波程差取

均可，符號(hào)不同，k取值不同，對(duì)問題實(shí)質(zhì)無影響.11-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)勞埃德鏡41情況1：n1<n2<n3

有有沒有情況2：n1>n2>n3

無無沒有情況3：n1<n2>n3

有無有情況4：n1>n2<n3

無有有產(chǎn)生半波損失的條件：光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，即n1<n2；半波損失只發(fā)生在反射光中；對(duì)于三種不同的媒質(zhì)，兩反射光之間有無半波損失的情況如下：n1<n2<n3無n1>n2>n3無n1<n2>n3

有n1>n2<n3有42一光程光在真空中的速度光在介質(zhì)中的速度真空中的波長(zhǎng)介質(zhì)的折射率介質(zhì)中的波長(zhǎng)11-3光程薄膜干涉43*P*介質(zhì)中的波長(zhǎng)

波程差

相位差

11-3光程薄膜干涉*P*

物理意義：光在介質(zhì)中通過的幾何路程折算到真空中的路程.介質(zhì)折射率與光的幾何路程之積=(1)光程11-3光程薄膜干涉45(2)光程差

(兩光程之差)光程差相位差*P*11-3光程薄膜干涉相位差：46例1nPa47

干涉加強(qiáng)

干涉減弱11-3光程薄膜干涉48AB二透鏡不引起附加的光程差A(yù)B焦平面11-3光程薄膜干涉49當(dāng)用透鏡觀測(cè)干涉時(shí)，不會(huì)帶來附加的光程差。二、透鏡不引起附加的光程差結(jié)論：干涉條件：用相位差表示：用光程差表示：50PL三薄膜干涉DC34E5A1B211-3光程薄膜干涉1、引言：薄膜干涉屬于分振幅法2、實(shí)驗(yàn)裝置在一均勻透明介質(zhì)n1中放入上下表面平行，厚度為d的均勻介質(zhì)n2,51PLDC34E5A1B211-3光程薄膜干涉52

反射光的光程差加強(qiáng)減弱PLDC34E5A1B211-3光程薄膜干涉53PLDC34E5A1B2

透射光的光程差根據(jù)具體情況而定注意：透射光和反射光干涉具有互補(bǔ)性，符合能量守恒定律.11-3光程薄膜干涉54

當(dāng)光線垂直入射時(shí)當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)11-3光程薄膜干涉554、透射光的干涉：對(duì)于同一厚度的薄膜，在某一方向觀察到某一波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)反射光相干相長(zhǎng)，則該波長(zhǎng)在對(duì)應(yīng)方向的透射光一定相干相消。因?yàn)橐獫M足能量守恒。增透膜、增反膜用在光學(xué)儀器的鏡頭上，就是根據(jù)這個(gè)道理。5、應(yīng)用：測(cè)定薄膜的厚度；測(cè)定光的波長(zhǎng)；提高或降低光學(xué)器件的透射率——增透膜(增反膜)。

56

例一油輪漏出的油(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460nm,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？11-3光程薄膜干涉57解

(1)綠色已知n1=1.20n2=1.30d=460nm11-3光程薄膜干涉58(2)透射光的光程差紅光紫光紫紅色11-3光程薄膜干涉59

增透膜和增反膜利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率.11-3光程薄膜干涉6023玻璃?。ㄔ鰪?qiáng)）氟化鎂為增透膜例為了增加透射率，求氟化鎂膜的最小厚度．已知空氣n1=1.00，氟化鎂n2=1.38

，=550nm減弱解

則11-3光程薄膜干涉61例題．如圖所示，在折射率為1.50的平板玻璃表面有一層厚度為300nm，折射率為1.22的均勻透明油膜，用白光垂直射向油膜，問：

1)哪些波長(zhǎng)的可見光在反射光中產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉?2)哪些波長(zhǎng)的可見光在透射光中產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉?3)若要使反射光中λ=550nm的光產(chǎn)生相干涉，油膜的最小厚度為多少?解：(1)因反射光之間沒有半波損失，由垂直入射i=0，得反射光相長(zhǎng)干涉的條件為k=1時(shí)紅光k=2時(shí)故反射中紅光產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉。

紫外62(2)對(duì)于透射光，相干條件為：k=1時(shí)紅外k=2時(shí)青色光k=3時(shí)紫外(3)由反射相消干涉條件為：顯然k=0所產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的厚度最小，即63SM劈尖角一劈尖11-4劈尖牛頓環(huán)干涉條紋定域在膜附近。條紋形狀由膜的等厚點(diǎn)軌跡所決定。64明紋暗紋11-4劈尖牛頓環(huán)空氣劈尖相鄰明條紋對(duì)應(yīng)的厚度差：若劈尖間夾有折射率為

n2

的介質(zhì)，則：劈尖相鄰級(jí)次的薄膜厚度差為膜內(nèi)光波長(zhǎng)的一半。1、特點(diǎn)劈尖干涉是等厚干涉劈尖的等厚干涉條紋是一系列等間距、明暗相間的平行于棱邊的直條紋。明紋或暗紋之間間距討論：波長(zhǎng)、折射率、劈尖夾角對(duì)條紋間距的影響2、應(yīng)用測(cè)量長(zhǎng)度是微小改變——干涉膨脹儀：薄膜厚度的測(cè)定測(cè)定光學(xué)元件表面的平整度66劈尖干涉（明紋）（暗紋）討論

(1)棱邊處為暗紋.11-4劈尖牛頓環(huán)67(2)相鄰明紋（暗紋）間的厚度差劈尖干涉11-4劈尖牛頓環(huán)68

(3)條紋間距劈尖干涉11-4劈尖牛頓環(huán)69

(4)干涉條紋的移動(dòng)11-4劈尖牛頓環(huán)70例、用等厚干涉法測(cè)細(xì)絲的直徑d。取兩塊表面平整的玻璃板，左邊棱迭合在一起，將待測(cè)細(xì)絲塞到右棱邊間隙處，形成一空氣劈尖。用波長(zhǎng)0的單色光垂直照射，得等厚干涉條紋，測(cè)得相鄰明紋間距為L(zhǎng)，玻璃板長(zhǎng)L0，求細(xì)絲的直徑。解：相鄰明紋的高度差d71

例波長(zhǎng)為680nm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Ｄ=0.048mm的紙片隔開.試問在這12cm長(zhǎng)度內(nèi)會(huì)呈現(xiàn)多少條暗條紋？解11-4劈尖牛頓環(huán)72共有142條暗紋11-4劈尖牛頓環(huán)73(2)測(cè)膜厚(1)干涉膨脹儀

劈尖干涉的應(yīng)用11-4劈尖牛頓環(huán)74(3)檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度11-4劈尖牛頓環(huán)75空氣(4)測(cè)細(xì)絲的直徑11-4劈尖牛頓環(huán)76二牛頓環(huán)由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成光程差11-4劈尖牛頓環(huán)77實(shí)驗(yàn)原理:

用平凸透鏡凸球面所反射的光和平晶上表面所反射的光發(fā)生干涉，不同厚度的等厚點(diǎn)的軌跡是以O(shè)為圓心的一組同心圓。78

牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置牛頓環(huán)干涉圖樣顯微鏡SLM半透半反鏡T11-4劈尖牛頓環(huán)79R明紋暗紋rd光程差11-4劈尖牛頓環(huán)80Rrd暗環(huán)半徑明環(huán)半徑11-4劈尖牛頓環(huán)在實(shí)際觀察中常測(cè)牛頓環(huán)的半徑r

它與d和凸球面的半徑R的關(guān)系：81(1)從反射光中觀測(cè)，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？從透射光中觀測(cè)，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？(2)屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？暗環(huán)半徑明環(huán)半徑討論11-4劈尖牛頓環(huán)82(4)應(yīng)用例子：可以用來測(cè)量光波波長(zhǎng)，用于檢測(cè)透鏡質(zhì)量，曲率半徑等.(3)將牛頓環(huán)置于的液體中，條紋如何變？工件標(biāo)準(zhǔn)件11-4劈尖牛頓環(huán)83

測(cè)量透鏡的曲率半徑11-4劈尖牛頓環(huán)84SL

例2

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G下，從反射光中可觀察到油膜所形成的干涉條紋．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11-4劈尖牛頓環(huán)85SL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?G解條紋為同心圓明紋11-4劈尖牛頓環(huán)86油膜邊緣由于故可觀察到四條明紋

.11-4劈尖牛頓環(huán)87討論油滴展開時(shí)，條紋間距變大，條紋數(shù)減少11-4劈尖牛頓環(huán)88總結(jié)

(1)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.11-4劈尖牛頓環(huán)89

(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.(3)條紋的動(dòng)態(tài)變化分析（變化時(shí)）11-4劈尖牛頓環(huán)90(4)半波損失需具體問題具體分析.11-4劈尖牛頓環(huán)一、邁克耳孫干涉儀的結(jié)構(gòu)及原理§11－5

邁克耳孫干涉儀一邁克耳孫干涉儀光路及結(jié)構(gòu)單色光源反射鏡反射鏡與成角補(bǔ)償板分光板

移動(dòng)導(dǎo)軌11-5邁克耳孫干涉儀93反射鏡反射鏡單色光源光程差

的像11-5邁克耳孫干涉儀94fG1G2M1M2光源1212M1與M2嚴(yán)格垂直——薄膜干涉1，2兩束光的光程差等傾干涉，干涉條紋為明暗相間的同心圓環(huán)。=明條紋暗條紋干涉圓環(huán)中心，i=0k自內(nèi)向外依次遞減e增大時(shí)有條紋冒出當(dāng)e每減少λ/2時(shí)，中央條紋對(duì)應(yīng)的k值就要減少1，原來位于中央的條紋消失，將看到同心等傾圓條紋向中心縮陷。95當(dāng)不垂直于時(shí)，可形成劈尖型等厚干涉條紋.反射鏡反射鏡單色光源11-5邁克耳孫干涉儀96當(dāng)M1’、M2

不平行時(shí)，將看到劈尖等厚干涉條紋。當(dāng)M1每平移λ/2時(shí)，將看到一個(gè)明（或暗）條紋移過視場(chǎng)中某一固定直線，條紋移動(dòng)的數(shù)目m

與M1

鏡平移的距離關(guān)系為：

記下平移的距離,可測(cè)量入射光的波長(zhǎng);如已知波長(zhǎng),則可通過條紋移動(dòng)數(shù)目來測(cè)量微小伸長(zhǎng)量(如熱脹冷縮量).97干涉條紋移動(dòng)數(shù)目二邁克耳孫干涉儀的主要特性(1)兩相干光束完全分開；

(2)兩光束的光程差可調(diào).移動(dòng)距離移動(dòng)反射鏡11-5邁克耳孫干涉儀98

干涉條紋的移動(dòng)

當(dāng)與之間距離變大時(shí)，圓形干涉條紋從中心一個(gè)個(gè)長(zhǎng)出,并向外擴(kuò)張,

干涉條紋變密；距離變小時(shí)，圓形干涉條紋一個(gè)個(gè)向中心縮進(jìn),

干涉條紋變稀.11-5邁克耳孫干涉儀99插入介質(zhì)片光程差光程差變化光程差11-5邁克耳孫干涉儀100干涉條紋移動(dòng)數(shù)目介質(zhì)片厚度11-5邁克耳孫干涉儀101

邁克耳孫干涉儀的兩臂中便于插放待測(cè)樣品，由條紋的變化測(cè)量有關(guān)參數(shù)，精度高。在光譜學(xué)中，應(yīng)用精確度極高的近代干涉儀可以精確地測(cè)定光譜線的波長(zhǎng)極其精細(xì)結(jié)構(gòu)；在天文學(xué)中，利用特種天體干涉儀還可測(cè)定遠(yuǎn)距離星體的直徑以及檢查透鏡和棱鏡的光學(xué)質(zhì)量等等。三、邁克耳孫干涉儀的應(yīng)用102

例

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546nm，實(shí)驗(yàn)時(shí)，向真空玻璃管中逐漸充入空氣，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.11-5邁克耳孫干涉儀103解已知11-5邁克耳孫干涉儀104一光的衍射現(xiàn)象

光在傳播過程中若遇到尺寸比光的波長(zhǎng)大得不多的障礙物時(shí)，光會(huì)傳到障礙物的陰影區(qū)并形成明暗變化的光強(qiáng)分布的現(xiàn)象11-6光的衍射

判據(jù)：a~λ105二、惠更斯-菲涅耳原理1690年惠更斯提出惠更斯原理，認(rèn)為波前上的每一點(diǎn)都可以看作是發(fā)出球面子波的新的波源，這些子波的包絡(luò)面就是下一時(shí)刻的波前。1818年，菲涅耳運(yùn)用子波可以相干疊加的思想對(duì)惠更斯原理作了補(bǔ)充。他認(rèn)為從同一波面上各點(diǎn)發(fā)出的子波，在傳播到空間某一點(diǎn)時(shí)，各個(gè)子波之間也可以相互疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。這就是惠更斯－菲涅耳原理。1.惠更斯-菲涅耳原理Sprn106二惠更斯-菲涅耳原理：波陣面上面元

(子波波源)子波在點(diǎn)引起的振動(dòng)振幅并與有關(guān).：時(shí)刻波陣面*e11-6光的衍射107：波陣面上面元

(子波波源)：時(shí)刻波陣面*e

菲涅耳指出波場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)度由各子波在該點(diǎn)的相干疊加決定.11-6光的衍射108說明菲涅耳積分可以計(jì)算任意形狀波的陣面衍射問題。采用半波帶法來定性地解釋衍射現(xiàn)象。2.惠更斯-菲涅耳原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式菲涅耳衍射積分公式：對(duì)于點(diǎn)光源發(fā)出的球面波，初相位可取為零，且傾斜因子它說明子波為什么不會(huì)向后退。Sprn109光源障礙物接收屏光源障礙物接收屏三、衍射的分類1.菲涅耳衍射2.夫瑯和費(fèi)衍射光源—障礙物—接收屏距離為有限遠(yuǎn)。光源—障礙物—接收屏距離為無限遠(yuǎn)。障礙物接收屏衍射系統(tǒng)一般由光源、衍射屏和接受屏組成的。按它們相互距離的關(guān)系，通常把光的衍射分為兩大類。110三菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射夫瑯禾費(fèi)衍射光源、屏與縫相距無限遠(yuǎn)縫菲涅耳衍射縫光源、屏與縫相距有限遠(yuǎn)11-6光的衍射111在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)夫瑯禾費(fèi)衍射11-6光的衍射112光源在透鏡L1的物方焦平面接收屏在L2象方焦平面光強(qiáng)一、單縫夫瑯和費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)裝置1.實(shí)驗(yàn)裝置2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明暗相間的平行于單縫衍射條紋；中央明紋明亮且較寬；兩側(cè)對(duì)稱分布著其它明紋。11-7單縫衍射113夫瑯禾費(fèi)單縫衍射（衍射角：向上為正，向下為負(fù)）菲涅耳波帶法衍射角11-7單縫衍射114一半波帶法縫長(zhǎng)11-7單縫衍射115二、菲涅耳半波帶法解釋單縫衍射1.菲涅耳半波帶單縫①②PBA116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)半波帶中央明紋中心（個(gè)半波帶）11-7單縫衍射117二光強(qiáng)分布干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）11-7單縫衍射118當(dāng)較小時(shí)，11-7單縫衍射119干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）討論11-7單縫衍射120(1)第一暗紋距中心的距離第一暗紋的衍射角11-7單縫衍射121

一定，越大，越大，衍射效應(yīng)越明顯.光直線傳播

增大，減小

一定減小，增大衍射最大第一暗紋的衍射角11-7單縫衍射122角范圍線范圍中央明紋的寬度(2)中央明紋（的兩暗紋間）11-7單縫衍射其它各級(jí)明條紋的寬度為中央明條紋寬度的一半。123(1)條紋寬度由條紋寬度看出縫越窄（

b越?。?，條紋分散的越開，衍射現(xiàn)象越明顯；反之，條紋向中央靠攏。當(dāng)縫寬比波長(zhǎng)大很多時(shí)，形成單一的明條紋，這就是透鏡所形成線光源的象。顯示了光的直線傳播的性質(zhì)。(2)條紋亮度中央明紋最亮，其它明紋的光強(qiáng)隨級(jí)次增大而迅減小。中央明紋：asinθ=0所有子波干涉加強(qiáng)；第一級(jí)明紋：k=1，三個(gè)半波帶，只有一個(gè)干涉加強(qiáng)(1/3)條紋在屏幕上的位置與波長(zhǎng)成正比，如果用白光做光源，中央為白色明條紋，其兩側(cè)各級(jí)都為彩色條紋。該衍射圖樣稱為衍射光譜。幾何光學(xué)是波動(dòng)光學(xué)在

時(shí)的極限情況。(3)波長(zhǎng)對(duì)衍射條紋的影響當(dāng)或時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象。124

單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？11-7單縫衍射125

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.11-7單縫衍射126(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）11-7單縫衍射127(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.11-7單縫衍射128(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)）11-7單縫衍射129（中央明紋向上移動(dòng)）11-7單縫衍射130

例1

一單縫，寬為b=0.1mm，縫后放有一焦距為50cm的會(huì)聚透鏡，用波長(zhǎng)=546.1nm的平行光垂直照射單縫，試求位于透鏡焦平面處的屏幕上中央明紋的寬度和中央明紋兩側(cè)任意兩相鄰暗紋中心之間的距離．如將單縫位置作上下小距離移動(dòng)，屏上衍射條紋有何變化？解中央明紋寬度其它明紋寬度11-7單縫衍射131如將單縫位置作上下小距離移動(dòng)，屏上衍射條紋不變11-7單縫衍射132

例2

如圖，一雷達(dá)位于路邊15m

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18mm

，則在它監(jiān)視范圍內(nèi)公路長(zhǎng)度約是多少？11-7單縫衍射133

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).11-7單縫衍射134根據(jù)暗紋條件11-7單縫衍射135例．用單色平行可見光，垂直照射到縫寬為a=0.5mm的單縫上，在縫后放一焦距f=1m的透鏡，由在位于焦平面的觀察屏上形成衍射條紋，已知屏上離中央紋中心為1.5mm處的P點(diǎn)為明紋，求：

(1)入射光的波長(zhǎng)；(2)P點(diǎn)的明紋級(jí)和對(duì)應(yīng)的衍射角，以及此時(shí)單縫波面可分成的半波帶數(shù)；(3)中央明紋的寬度。

解：(1)對(duì)P點(diǎn)，由

當(dāng)θ很小，tgθ=sinθ=θ

由單縫衍射公式可知

當(dāng)k=1時(shí)，λ=5000A0當(dāng)k=2時(shí)，λ=3000A0在可見光范圍內(nèi)，入射光波長(zhǎng)為λ=5000A0。

(2)P點(diǎn)為第一級(jí)明紋，k=1

半波帶數(shù)為：2k+1=3

(3)中央明紋寬度為

136例、在夫瑯和費(fèi)單縫實(shí)驗(yàn)中，垂直入射的平行單色光波長(zhǎng)為=605.8nm，縫寬a=0.3mm，透鏡焦距f=1m。求：（1）中央明紋寬度；（2）第二級(jí)明紋中心至中央明紋中心的距離；（3）相應(yīng)于第二級(jí)和第三級(jí)明紋，可將單縫分出多少個(gè)半波帶，每個(gè)半波帶占據(jù)的寬度是多少？137三、干涉與衍射的本質(zhì)光的干涉與衍射一樣，本質(zhì)上都是光波相干疊加的結(jié)果。一般來說，干涉是指有限個(gè)分立的光束的相干疊加，衍射則是連續(xù)的無限個(gè)子波的相干疊加。干涉強(qiáng)調(diào)的是不同光束相互影響而形成相長(zhǎng)或相消的現(xiàn)象；衍射強(qiáng)調(diào)的是光線偏離直線而進(jìn)入陰影區(qū)域。138一圓孔衍射：艾里斑直徑艾里斑11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)2愛里斑：第一暗環(huán)對(duì)應(yīng)的衍射角θ0稱為愛里斑的半角寬，理論計(jì)算得：點(diǎn)物S象S’L1、物與像的關(guān)系物理光學(xué)象點(diǎn)不再是幾何點(diǎn)，而是具有一定大小的艾理斑。S’LSO幾何光學(xué)物像一一對(duì)應(yīng)，象點(diǎn)是幾何點(diǎn)S’LSO點(diǎn)物S和S1在透鏡的焦平面上呈現(xiàn)兩個(gè)艾理斑，屏上總光強(qiáng)為兩衍射光斑的非相干迭加。S1’S’S1SAf1f2OS1SS’S1’LO當(dāng)兩個(gè)物點(diǎn)距離足夠小時(shí)，就有能否分辨的問題。140二瑞利判據(jù)11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)可分辨恰可分辨不可分辨瑞利給出恰可分辨兩個(gè)物點(diǎn)的判據(jù)：點(diǎn)物S1的愛里斑中心恰好與另一個(gè)點(diǎn)物S2的愛里斑邊緣（第一衍射極?。┫嘀睾蠒r(shí)，恰可分辨兩物點(diǎn)。141

對(duì)于兩個(gè)強(qiáng)度相等的不相干的點(diǎn)光源（物點(diǎn)），一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖樣的主極大剛好和另一點(diǎn)光源衍射圖樣的第一極小相重合，這時(shí)兩個(gè)點(diǎn)光源（或物點(diǎn)）恰為這一光學(xué)儀器所分辨.11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)142三光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)**光學(xué)儀器的通光孔徑11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)143最小分辨角光學(xué)儀器分辨率11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)討論：分辨本領(lǐng)與D成正比，與波長(zhǎng)成反比：D大，分辨本領(lǐng)大；波長(zhǎng)小，分辨本領(lǐng)大；圓孔衍射公式對(duì)拋物面式的天線，雷達(dá)均成立。144/view/27714.htm

11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)1451461990

年發(fā)射的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的凹面物鏡的直徑為2.4m，最小分辨角在大氣層外615km

高空繞地運(yùn)行,可觀察130億光年遠(yuǎn)的太空深處，發(fā)現(xiàn)了500億個(gè)星系.

11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)147例1：假設(shè)汽車兩盞燈相距r=1.5m，人的眼睛瞳孔直徑D=4mm，問最遠(yuǎn)在多少米的地方，人眼恰好能分辨出這兩盞燈?解：假設(shè)所求距離只取決于眼睛瞳孔的衍射效應(yīng)，并以對(duì)視覺最敏感的黃綠光λ=5500A0，進(jìn)行討論，設(shè)眼睛恰好能分辨兩盞燈的距離為S，則對(duì)人眼的張角為：根據(jù)瑞利判據(jù)：

代入數(shù)據(jù)，得：

人眼的分辨本領(lǐng)設(shè)人眼瞳孔直徑為D，可把人眼看成一枚凸透鏡，焦距只有20毫米，其成象為夫瑯和費(fèi)衍射的圖樣。yn=1n'=1.336'L121'2'148

例2

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(zhǎng)為550nm，問

(1)人眼的最小分辨角有多大？

(2)若物體放在距人眼25cm（明視距離）處，則兩物點(diǎn)間距為多大時(shí)才能被分辨？11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)149解(1)(2)11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)150

例3

毫米波雷達(dá)發(fā)出的波束比常用的雷達(dá)波束窄，這使得毫米波雷達(dá)不易受到反雷達(dá)導(dǎo)彈的襲擊.

(1)有一毫米波雷達(dá)，其圓形天線直徑為55cm，發(fā)射頻率為220GHz的毫米波，計(jì)算其波束的角寬度；

(2)將此結(jié)果與普通船用雷達(dá)發(fā)射的波束的角寬度進(jìn)行比較，設(shè)船用雷達(dá)波長(zhǎng)為1.57cm，圓形天線直徑為2.33m

.11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)151解(1)(2)11-8圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)§11-9

衍射光柵引言：對(duì)于單縫：若縫寬大，條紋亮，但條紋間距小，不易分辨；若縫寬小，條紋間距大，但條紋暗，也不易分辨；因而利用單縫衍射不能精確地進(jìn)行測(cè)量。問題：能否得到亮度大，分得開，寬度窄的明條紋？結(jié)論：利用衍射光柵所形成的衍射圖樣——光柵光譜應(yīng)用：精確地測(cè)量光的波長(zhǎng)；是重要的光學(xué)元件，廣泛應(yīng)用于物理，化學(xué)，天文，地質(zhì)等基礎(chǔ)學(xué)科和近代生產(chǎn)技術(shù)的許多部門。153一光柵等寬度、等距離的狹縫排列起來的光學(xué)元件.衍射角11-9衍射光柵154二光柵衍射條紋的形成光柵常數(shù)：光柵常數(shù)衍射角b：透光部分的寬度b’：不透光部分的寬度11-9衍射光柵155明紋位置相鄰兩縫間的光程差：

光柵的衍射條紋是衍射和干涉的總效果11-9衍射光柵156討論

光強(qiáng)分布11-9衍射光柵157

條紋最高級(jí)數(shù)11-9衍射光柵158

光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越細(xì).(a)1條縫(f)20條縫(e)6條縫(c)3條縫(b)2條縫(d)5條縫11-9衍射光柵159一定，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).11-9衍射光柵光柵方程垂直入射時(shí)的光柵方程AabPOfθ(a+b)sin

=±k

k=0,1,2,3···斜入射時(shí)的光柵方程(a+b)(sin

±sinφ)=±k

k=0,1,2,3···AabPOfθφ衍射光與入射光在光柵法線同側(cè)取正號(hào)；衍射光與入射光在光柵法線異側(cè)取負(fù)號(hào)。光柵衍射圖樣的幾點(diǎn)討論1、主極大明條紋中心位置：(a+b)sin

=±kk=0,1,2,3···明紋位置由±k/(a+b)確定，與光柵的縫數(shù)無關(guān)，縫數(shù)增大只是使條紋亮度增大與條紋變窄；光柵常數(shù)越小，條紋間隔越大；由于|sinθ|≤1，k的取值有一定的范圍，故只能看到有限級(jí)的衍射條紋。進(jìn)一步討論：縫寬對(duì)條紋分布的影響光柵常數(shù)對(duì)條紋分布的影響光柵刻線數(shù)目對(duì)條紋分布的影響波長(zhǎng)對(duì)條紋分布的影響a·sin=±k'k'=0,1,2,3···光柵的缺極缺極時(shí)衍射角同時(shí)滿足：即k=(a+b)/a·k'

k

就是所缺的級(jí)次(a+b)sin

=±k

k=0,1,2,3···在衍射方向上各縫間的干涉是加強(qiáng)的，但由于各單縫本身在這一方向上的衍射強(qiáng)度為零，其結(jié)果仍是零，因而該方向的明紋不出現(xiàn)。這種滿足光柵明紋條件而實(shí)際上明紋不出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱為光柵的缺級(jí)。163入射光為白光時(shí)，形成彩色光譜.三衍射光譜一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜11-9衍射光柵164例如二級(jí)光譜重疊部分光譜范圍二級(jí)光譜重疊部分：11-9衍射光柵165連續(xù)光譜：熾熱物體光譜線狀光譜：放電管中氣體放電帶狀光譜：分子光譜衍射光譜分類11-9衍射光柵166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.11-9衍射光柵167

例1

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.解紅光紫光不可見11-9衍射光柵168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11-9衍射光柵例:一衍射光柵,每厘米有400條透光縫,每條透光縫寬度為a=110-5m,在光柵后放一焦距f=1m的凸透鏡,現(xiàn)以=500nm的單色平行光垂直照射光柵,求(1)透光縫a的單縫衍射中央明條紋寬度為多少?(2)在該寬度內(nèi),有幾個(gè)光柵衍射主極大?解:(1)由單縫衍射中央明條紋寬度公式,(2)在由單縫衍射第一級(jí)暗紋公式asin=,所確定的內(nèi),按光柵衍射主極大的公式,即兩式聯(lián)立德國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，1895年發(fā)現(xiàn)了X射線，并將其公布于世。歷史上第一張X射線照片，就是倫琴拍攝他夫人的手的照片。由于X射線的發(fā)現(xiàn)具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值，倫琴于1901年獲得首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。倫琴（W.K.Rontgen，1845-1923）補(bǔ)充X射線的衍射11-9衍射光柵勞厄（M.V.Laue，1879-1960）

德國(guó)物理學(xué)家，發(fā)現(xiàn)X射線的衍射現(xiàn)象，從而判定X射線的本質(zhì)是高頻電磁波。1904年，他因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。布拉格父子（W.L.Bragg，子、W.H.Bragg，父）英國(guó)物理學(xué)家，在利用X射線研究晶體結(jié)構(gòu)方面作出了巨大的貢獻(xiàn)，奠定了X射線譜學(xué)及X射線結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。他們因此而于1915年共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。1721895年倫琴發(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)的射線稱Ｘ射線.X射線冷卻水<三X

射線的衍射11-9衍射光柵X射線原子內(nèi)殼層電子躍遷產(chǎn)生的一種輻射和高速電子在靶上驟然減速時(shí)伴隨的輻射，稱為X射線。其特點(diǎn)是：1在電磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。2穿透力強(qiáng)3波長(zhǎng)較短的電磁波，范圍在0.001nm~10nm之間。AK高壓1895年倫琴發(fā)現(xiàn)，高速電子撞擊某些固體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種看不見的射線，它能夠透過許多對(duì)可見光不透明的物質(zhì)，對(duì)感光乳膠有感光作用，并能使許多物質(zhì)產(chǎn)生熒光，這就是所謂的X射線或倫琴射線。勞厄?qū)嶒?yàn)晶體中原子排列成有規(guī)則的空間點(diǎn)陣，原子間距為10-10m的數(shù)量級(jí)，與X射線的波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)，可以利用晶體作為天然光柵。1912年勞厄的實(shí)驗(yàn)裝置在乳膠板上形成對(duì)稱分布的若干衍射斑點(diǎn)，稱為勞厄斑。勞厄?qū)嶒?yàn)證明了X射線的波動(dòng)性，同時(shí)還證實(shí)了晶體中原子排列的規(guī)則性。175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)11-9衍射光柵176

1913年英國(guó)布拉格父子提出了一種解釋Ｘ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).布拉格反射入射波散射波11-9衍射光柵177掠射角晶格常數(shù)

相鄰兩個(gè)晶面反射的兩X射線干涉加強(qiáng)的條件

布拉格公式布拉格反射入射波散射波11-9衍射光柵178

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，顯示出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu).

布拉格公式11-9衍射光柵179DNA

晶體的X衍射照片DNA

分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)

11-9衍射光柵X射線的應(yīng)用不僅開創(chuàng)了研究晶體結(jié)構(gòu)的新領(lǐng)域，而且用它可以作光譜分析，在科學(xué)研究和工程技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用。1953年英國(guó)的威爾金斯、沃森和克里克利用X射線的結(jié)構(gòu)分析得到了遺傳基因脫氧核糖核酸（DNA)

的雙螺旋結(jié)構(gòu)，榮獲了1962年度諾貝爾生物和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。X射線的應(yīng)用181光的波動(dòng)性光的干涉、衍射.光波是橫波光的偏振.機(jī)械波穿過狹縫11-10光的偏振性馬呂斯定律一、光的偏振性1、橫波和縱波的區(qū)別——偏振縱波：振動(dòng)方向與傳播方向一致，不存在偏振問題；橫波：垂直，存在偏振問題。定義：振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性稱為偏振性。說明：只有橫波才具有偏振現(xiàn)象，偏振現(xiàn)象是橫波區(qū)別于縱波的最明顯的特征。機(jī)械橫波與縱波的區(qū)別2、光的偏振性：對(duì)于平面電磁波，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量——光矢量的振動(dòng)方向于傳播方向垂直。光矢量的振動(dòng)方向總是與光的傳播方向垂直的，即光矢量的橫向振動(dòng)狀態(tài)，相對(duì)于傳播方向不具有對(duì)稱性，這種光矢量的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性，稱為光的偏振性。光的偏振性說明光波是橫波183符號(hào)表示一自然光偏振光

自然光：一般光源發(fā)出的光，包含各個(gè)方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等.注意

各光矢量間無固定的相位關(guān)系.

二互相垂直方向是任選的

.11-10光的偏振性馬呂斯定律184振動(dòng)面

偏振光（線偏振光）符號(hào)表示光振動(dòng)只沿某一固定方向的光.11-10光的偏振性馬呂斯定律185

部分偏振光：某一方向的光振動(dòng)比與之垂直方向上的光振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)的光為部分偏振光.符號(hào)表示11-10光的偏振性馬呂斯定律

橢圓偏振光和圓偏振光：

光矢量末端的運(yùn)動(dòng)軌跡是橢圓或圓。圓偏振光線偏光橢圓偏振光在迎光矢量圖上，光矢量端點(diǎn)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的稱為左旋偏振光；沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的稱為右旋偏振光。三、偏振度1、定義：若與最大和最小振幅對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)分別為Imax和Imin，則偏振度的定義為2、光的偏振度自然光：Imax=Imin，P=0，偏振度最??；線偏振光：

Imin=0，P=1，偏振度最大；部分偏振光：0<P<1。188二偏振片起偏與檢偏

二向色性:某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng),

而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過,

這種性質(zhì)稱二向色性.

偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片.11-10光的偏振性馬呂斯定律???1、基本概念普通光源發(fā)出的是自然光，用于從自然光中獲得偏振光的器件稱為起偏器。人的眼睛不能區(qū)分自然光與偏振光，用于鑒別光的偏振狀態(tài)的器件稱為檢偏器。2、偏振片是一種人工膜片，對(duì)不同方向的光振動(dòng)有選擇吸收的性能，從而使膜片中有一個(gè)特殊的方向，當(dāng)一束自然光射到膜片上時(shí)，與此方向垂直的光振動(dòng)分量完全被吸收，只讓平行于該方向的光振動(dòng)分量通過，即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(gè)特定的方向叫做偏振片的偏振化方向，用“”表示。二偏振片起偏與檢偏???3、起偏器自然光通過偏振片后成為線偏振光，線偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向一致。4、檢偏器用來檢驗(yàn)?zāi)骋皇馐欠衿窆?。方法：轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，觀察透射光強(qiáng)度的變化。自然光：透射光強(qiáng)度不發(fā)生變化偏振光：透射光強(qiáng)度發(fā)生變化??????部分偏振光：偏振光通過偏振片后，在轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片的過程中，透射光強(qiáng)度發(fā)生變化。192

起偏

偏振化方向：當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，它只讓某一特定方向的光通過，這個(gè)方向叫此偏振片的偏振化方向.偏振化方向起偏器11-10光的偏振性馬呂斯定律193檢偏器

檢偏起偏器11-10光的偏振性馬呂斯定律馬呂斯(EtienneLouisMalus1775-1812)法國(guó)物理學(xué)家及軍事工程師。出生于巴黎。1808年發(fā)現(xiàn)反射光的偏振，確定了偏振光強(qiáng)度變化的規(guī)律；1810年被選為巴黎科學(xué)院院士，曾獲得過倫敦皇家學(xué)會(huì)獎(jiǎng)?wù)隆?811年，他發(fā)現(xiàn)折射光的偏振。195NM三馬呂斯定律（1808

年）檢偏器起偏器NM

馬呂斯定律11-10光的偏振性馬呂斯定律α為線偏光的光振動(dòng)方向ON與檢偏器透振方向OM間的夾角。??????一束光強(qiáng)為I0的自然光透過檢偏器，透射光強(qiáng)為I0/2解釋I=I0cos2α例題：在透振方向正交的起偏器M和檢偏器N之間，插入一片以角速度旋轉(zhuǎn)的理想偏振片P，入射自然光強(qiáng)為I0，試求由系統(tǒng)出射的光強(qiáng)是多少？???每旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，輸出光強(qiáng)有“四明四零”。t=00,900,1800,2700時(shí)，輸出光強(qiáng)為零。t=450,1350,2250,3150時(shí)，輸出光強(qiáng)為。附、偏振光的應(yīng)用199

例有兩個(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.11-10光的偏振性馬呂斯定律200

解設(shè)兩束單色自然光的強(qiáng)度分別為I10

和I20.經(jīng)過起偏器后光強(qiáng)分別為和經(jīng)過檢偏器后11-10光的偏振性馬呂斯定律201

在兩塊正交偏振片p1,p3

之間插入另一塊偏振片p2

，光強(qiáng)為I0

的自然光垂直入射于偏振片p1

，討論轉(zhuǎn)動(dòng)p2

透過p3

的光強(qiáng)I與轉(zhuǎn)角的關(guān)系.討論11-10光的偏振性馬呂斯定律20211-10光的偏振性馬呂斯定律20311-10光的偏振性馬呂斯定律204若

在間變化，如何變化？11-10光的偏振性馬呂斯定律一、反射光和折射光的偏振自然光在兩種各向同性介質(zhì)的分界面上反射和折射時(shí)，不但光的傳播方向要改變，而且光的偏振狀態(tài)也要改變，所以反射光和折射光都是部分偏振光。in1n2在一般情況下，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。11-10光的偏振性馬呂斯定律206

入射面入射光線和法線所成的平面.

反射光部分偏振光，垂直于入射面的振動(dòng)大于平行于入射面的振動(dòng).光反射與折射時(shí)的偏振空氣玻璃11-11反射光和折射光的偏振207

折射光

部分偏振光，平行于入射面的振動(dòng)大于垂直于入射面的振動(dòng).

理論和實(shí)驗(yàn)證明：反射光的偏振化程度與入射角有關(guān).11-11反射光和折射光的偏振208布儒斯特定律（1815年）反射光為完全偏振光，且振動(dòng)面垂直入射面，折射光為部分偏振光．當(dāng)時(shí)，玻璃空氣11-11反射光和折射光的偏振這實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用電磁場(chǎng)理論的菲涅耳公式解釋。理論實(shí)驗(yàn)表明：反射所獲得的線偏光僅占入射自然光總能量的7.4%，而約占85%的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。?????1.51.51.51.01.01.01.0????????反射光能量較弱，透射光較強(qiáng)。為了獲得一束強(qiáng)度較高的偏振光，可以使自然光通過一系列玻璃片重疊在一起的玻璃堆，并使入射角為起偏角，則透射光近似地為線偏振光。11-10光的偏振性馬呂斯定律210(1)反射光和折射光互相垂直.討論11-11反射光和折射光的偏振211玻璃玻璃

(2)根據(jù)光的可逆性，當(dāng)入射光以角從介質(zhì)入射于界面時(shí)，此角即為布儒斯特角.11-11反射光和折射光的偏振212注意

對(duì)于一般的光學(xué)玻璃,

反射光的強(qiáng)度約占入射光強(qiáng)度的7.5%

,

大部分光將透過玻璃.利用玻璃片堆產(chǎn)生線偏振光11-11反射光和折射光的偏振213討論討論光線的反射和折射(起偏角)11-11反射光和折射光的偏振214

討論如圖的裝置為偏振片，問下列四種情況，屏上有無干涉條紋？偏振化方向11-11反射光和折射光的偏振215無（兩振動(dòng)互相垂直）(1)去掉保留(2)去掉保留(3)去掉保留(4)