第11章波動光學(xué)

知識要點(diǎn)及要求第十一章波動光學(xué)預(yù)備知識

光的干涉光的衍射光的偏振返回主頁應(yīng)用知識A類知識:

知識要點(diǎn)及其要求B類知識:

光的相干性，光程和光程差的概念；分波陣面干涉：楊氏雙縫干涉、洛埃鏡；分振幅干涉：等傾干涉和等厚干涉；邁克耳遜干涉儀；惠更斯—菲涅耳原理，夫瑯禾費(fèi)單縫衍射；圓孔衍射，光學(xué)儀器的分辨率；光柵衍射；偏振光與自然光，馬呂斯定律，布儒斯特定律。光的雙折射現(xiàn)象；干涉、衍射、偏振光在工程技術(shù)中的應(yīng)用。教學(xué)要求了解相干光的條件及獲得相干光的方法；理解光程、光程差及半波損失等概念，掌握雙縫干涉、薄膜干涉、劈尖干涉、牛頓環(huán)、邁耳孫干涉儀的有關(guān)原理和公式；理解惠更斯-菲涅耳原理，掌握夫瑯禾費(fèi)衍射、光柵衍射的基本原理和應(yīng)用；掌握偏振的有關(guān)概念及馬呂斯定律，理解布儒斯特定律；了解圓孔衍射。重點(diǎn)：難點(diǎn)干涉條紋的規(guī)律及位置的計(jì)算；光柵衍射的成因及特點(diǎn)。授課學(xué)時：12學(xué)時楊氏雙縫干涉、薄膜干涉、劈尖干涉、牛頓環(huán)的有關(guān)原理和應(yīng)用；夫瑯禾費(fèi)衍射、光柵衍射的基本原理和應(yīng)用?！?1.1

預(yù)備知識

一、折射率：折射率與入射角、折射角的關(guān)系：折射率與光速的關(guān)系為說明折射率相對較大的物質(zhì)，稱為光密介質(zhì)；折射率相對較小的物質(zhì)，稱為光疏介質(zhì)。二、光源：能夠發(fā)光的物體。發(fā)光機(jī)制:

處于激發(fā)態(tài)的原子會自發(fā)躍遷到低激發(fā)態(tài)或基態(tài),向外輻射電磁波.(1)熱輻射(2)電致發(fā)光(3)光致發(fā)光(4)化學(xué)發(fā)光能級躍遷波列波列長

L=c自發(fā)輻射非相干(不同原子發(fā)的光)非相干(同一原子先后發(fā)的光)..(5)同步輻射光源(6)激光光源受激輻射自發(fā)輻射E2E1即：普通光源發(fā)光特點(diǎn)：原子發(fā)光是斷續(xù)的，每次發(fā)光形成一長度有限的波列,各原子各次發(fā)光相互獨(dú)立，各波列互不相干.

可見光：是波長范圍在400～760nm之間的電磁波。

光色波長(nm)

頻率(Hz)中心波長(nm)

紅760~622

660

橙622~597610

黃597~577

570

綠577~492540

青492~470

480

蘭470~455

460

紫455~400

430可見光七彩顏色的波長和頻率范圍單色光：具有單一頻率(或波長)的光稱為單色光，如激光；復(fù)色光：包含有多個頻率(或波長)的光稱為復(fù)色光，如白光；三、光是一種電磁波

電磁波是橫波，由兩個相互垂直的振動矢量和表征.

光矢量:

用矢量表示光矢量,它在引起人眼視覺和底片感光上起主要作用.和傳播速度相同、相位相同量值上:真空中的光速:四、愛因斯坦光子學(xué)說：光是由光源發(fā)出的一顆一顆的不連續(xù)的粒子流（叫光子流或光量子）組成。每個光子的能量為hγ,其中h為普郎克恒量,γ為光子的頻率。

五、光的干涉現(xiàn)象在兩束相干光的相遇區(qū)域里，某些地方光振動始終加強(qiáng)（明條紋），某些地方光振動始終減弱（暗條紋），從而出現(xiàn)明暗相間的干涉條紋圖樣。三、光強(qiáng)：光的平均能流密度，表示單位時間內(nèi)通過與傳播方向垂直的單位面積的光的能量在一個周期內(nèi)的平均值（單位面積上的平均光功率）。光強(qiáng)與光振動的振幅成正比，即

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。相干條件：若兩束光相遇區(qū)域振動方向相同，振動頻率相同，相位相同或相位差保持恒定，那么這兩束光在相遇的區(qū)域內(nèi)就會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。光的干涉現(xiàn)象是波動過程的特征之一。干涉相長（加強(qiáng)）或干涉相消（減弱）的條件用相位表示用波程差表示：

11.2.1光的干涉一、相干光和獲得獲得相干光的方法1.分波陣面法（楊氏實(shí)驗(yàn))2.分振幅法（薄膜干涉)波陣面分割法*光源振幅分割法二、光程光程差光在真空中的速度：光在介質(zhì)中的速度介質(zhì)中的波長真空中的波長介質(zhì)的折射率*P光程:

媒質(zhì)折射率與光的幾何路程之積=nr物理意義：光程就是光在媒質(zhì)中通過的幾何路程,按波數(shù)相等折合到真空中的路程。光程差：兩光程之差例：*P*光程差pdn光程差與相位差的關(guān)系:透鏡不引起附加的光程差光程1光程2光程3光程1=光程2=光程3E實(shí)驗(yàn)裝置三、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)波程差減弱加強(qiáng)暗紋明紋明暗條紋的位置：理論分析p暗紋明紋條紋間距一定時，若變化，則將怎樣變化？1）討論2）

條紋間距與的關(guān)系如何？一定時，(1)明紋間距分別為(2)雙縫間距

d

為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用鈉光燈作單色光源，其波長為589.3nm，屏與雙縫的距離D=600mm解例求:(1)d=1.0mm和d=10mm，兩種情況相鄰明條紋間距分別為多大？(2)若相鄰條紋的最小分辨距離為

0.065mm，能分清干涉條紋的雙縫間距

d最大是多少？用白光作光源觀察楊氏雙縫干涉。設(shè)縫間距為d

，縫面與屏距離為D解

最先發(fā)生重疊的是某一級次的紅光和高一級次的紫光清晰的可見光譜只有一級例在400~760nm范圍內(nèi)，明紋條件為求能觀察到的清晰可見光譜的級次例:

楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，P為屏上第五級亮紋所在位置?，F(xiàn)將一玻璃片插入光源發(fā)出的光束途中，則P點(diǎn)變?yōu)橹醒肓翖l紋的位置，求玻璃片的厚度。解沒插玻璃片之前二光束的光程差為已知:玻璃插玻璃片之后二光束的光程差為P四、洛埃鏡（洛埃鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果與楊氏雙縫干涉相似）接觸處,

屏上O點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋半波損失有半波損失相當(dāng)于入射波與反射波之間附加了一個半波長的波程差無半波損失入射波反射波透射波透射波沒有半波損失??P四菲涅耳雙鏡干涉rD`PL五薄膜干涉DC34E5A1B2反射光的光程差加強(qiáng)減弱PLDC34E5A1B2透射光（4、5）的光程差注意：透射光和反射光干涉具有互補(bǔ)性，符合能量守恒定律.PLDC34E5A1B2討論：光線垂直入射時當(dāng)時當(dāng)時半波損失，取均可，其結(jié)果只會影響條紋級數(shù)k的取值，而對于干涉結(jié)果無任何影響，一般可以自由規(guī)定；同一干涉條紋都是由來自同一傾角

i

的入射光形成的，這樣的條紋稱為等傾干涉條紋，等傾干涉條紋是一系列同心圓環(huán)組成的。等厚膜的應(yīng)用——增反膜與增透膜增反膜：在玻璃上鍍一層薄膜，以增加反射光的強(qiáng)度，這種薄膜稱為增反膜。增反膜的條件是使垂直入射的單色光在薄膜上、下兩表面反射時，光程差符合相長條件。增透膜：減少反射損失以增加透射光的強(qiáng)度，這種薄膜稱為增透膜。增透膜的條件是使垂直入射的單色光在薄膜上、下表面反射時的光程差符合干涉相消條件。?。ㄔ鰪?qiáng)）氟化鎂為增透膜例為了增加透射率,鍍氟化鎂膜，求膜最小厚度.已知空氣,氟化鎂

,減弱解

則23玻璃解(1)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)上向下觀察,他所正對的油層厚度為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,又將看到油層呈什么顏色?綠色(2)透射光的光程差紅光紫光SM劈尖角六、劈尖干涉明紋暗紋LDL>>D1、實(shí)驗(yàn)裝置和干涉條紋夾角很小的兩個平面所構(gòu)成的薄膜

2、光程差暗紋明紋各級明暗紋對應(yīng)的厚度3、干涉條件討論（明紋）（暗紋）劈尖干涉劈尖處為暗紋.劈尖干涉相鄰明紋（暗紋）間的厚度差條紋間距（明紋或暗紋）每一條紋對應(yīng)劈尖內(nèi)的一個厚度，當(dāng)此厚度位置改變時，對應(yīng)的條紋隨之移動.干涉條紋的移動干涉條紋為光程差相同的點(diǎn)的軌跡，即厚度相等的點(diǎn)的軌跡厚度線性增長條紋等間。例:

有一玻璃劈尖,放在空氣中,劈尖夾角，用波長的單色光垂直入射時,測得干涉條紋的寬度,求這玻璃的折射率.解2）測膜厚1）干涉膨脹儀4、劈尖干涉的應(yīng)用空氣

3）檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度4）測細(xì)絲的直徑

牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置和條紋牛頓環(huán)干涉圖樣顯微鏡SL

M半透半反鏡T七、牛頓環(huán)光程差:明紋暗紋干涉條紋：干涉條件:明（暗）紋半徑:

4）應(yīng)用例子:可以用來測量光波波長，用于檢測透鏡質(zhì)量，曲率半徑等.

1）從反射光中觀測，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？從透射光中觀測，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？3）將牛頓環(huán)置于的液體中，條紋如何變？工件標(biāo)準(zhǔn)件暗環(huán)半徑明環(huán)半徑討論測量透鏡的曲率半徑例：用氦氖激光器發(fā)出的波長為633nm的單色光做牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)，測得第k個暗環(huán)的半徑為5.63mm,第k+5暗環(huán)的半徑為7.96mm，求平凸透鏡的曲率半徑R.解

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

例：如圖所示為測量油膜折射率的實(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紋.已知玻璃的折射率，時，干涉條紋如何分布？可見明紋的條數(shù)及各明紋處膜厚?中心點(diǎn)的明暗程度如何?若油膜展開條紋如何變化?SLG解

1）條紋為同心圓明紋當(dāng)油滴展開時，條紋間距變大，條紋數(shù)減少.由于故可觀察到四條明紋.單色光源反射鏡反射鏡八、邁克耳孫干涉儀與成角補(bǔ)償板

分光板移動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)與原理反射鏡反射鏡單色光源光程差的像當(dāng)不垂直于時，可形成劈尖型等厚干涉條紋.反射鏡反射鏡單色光源干涉條紋移動數(shù)目邁克爾孫干涉儀的主要特性

兩相干光束在空間完全分開，并可用移動反射鏡或在光路中加入介質(zhì)片的方法改變兩光束的光程差.移動距離移動反射鏡插入介質(zhì)片后光程差光程差變化干涉條紋移動數(shù)目介質(zhì)片厚度光程差長的玻璃管，其中一個抽成真空，另一個則儲有壓強(qiáng)為的空氣,用以測量空氣的折射率.設(shè)所用光波波長為546nm，實(shí)驗(yàn)時，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，試求空氣的折射率.例在邁克耳孫干涉儀的兩臂中，分別插入解例:一薄膜n=1.40。放在邁克耳孫干涉儀的一臂上，以波長為之光照射，若出現(xiàn)7.0條干涉條紋移動，問薄膜厚度為多少？解：薄膜插入一臂中，兩光束光程差改變量為條紋級數(shù)改變量為例：在邁克耳孫干涉儀的兩臂中，分別插入長的玻璃管，其中一個抽成真空，另一個儲有壓強(qiáng)為的空氣，用以測定空氣的折射率n。設(shè)所用光波波長為546nm，實(shí)驗(yàn)時，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，試求空氣的折射率n。解：設(shè)玻璃管充入空氣前，兩相干光之間的光程差為，充入空氣后兩相干光的光程差為，根據(jù)題意，有因?yàn)楦缮鏃l紋每移動一條，應(yīng)對于光程變化一個波長，所以故空氣的折射率為11.2.2光的衍射

一、光的衍射現(xiàn)象1、現(xiàn)象衍射屏觀察屏光源2、衍射光在傳播過程中繞過障礙物的邊緣而偏離直線傳播的現(xiàn)象衍射現(xiàn)象是否明顯取決于障礙物線度與波長的對比，波長越大，障礙物越小，衍射越明顯。3、

光的衍射分類菲涅耳衍射

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。(菲涅耳衍射

)夫瑯禾費(fèi)衍射光源O

,觀察屏E

到衍射屏S

的距離均為無窮遠(yuǎn)的衍射，如圖所示。無限遠(yuǎn)光源無限遠(yuǎn)相遇(夫瑯禾費(fèi)衍射

)二、

惠更斯—菲涅耳原理

同一波前上的各點(diǎn)發(fā)出的都是相干次波。

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?；莞梗汗獠嚸嫔厦恳稽c(diǎn)都可以看作新的子波源，以后任意時刻，這些子波的包跡就是該時刻的波陣面?！?690年惠更斯解釋不了光強(qiáng)明暗分布！菲涅耳補(bǔ)充：從同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波是相干波?！?818年·*三、單縫衍射(夫瑯和費(fèi)單縫衍射)(單縫夫瑯禾費(fèi)衍射典型裝置)的光程差2、菲涅耳半波帶法（1）衍射暗紋、明紋條件——中央明紋?(

a為縫

AB的寬度

)1、

典型裝置此時縫分為兩個“半波帶”,P為暗紋。暗紋條件半波帶半波帶P

為明紋。此時縫分成三個“半波帶”,明紋條件??λ|2λ|2λ|2λ|2λ|2λ|2λ|2λ|2λ|2(1)得到的暗紋和中央明紋位置精確,其它明紋位置只是近似(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說明3、單縫衍射明紋角寬度和線寬度衍射屏透鏡觀測屏角寬度相鄰兩暗紋中心對應(yīng)的衍射角之差線寬度觀察屏上相鄰兩暗紋中心的間距一般當(dāng)θ較小時，條紋位置：討論（1）第一暗紋距中心的距離第一暗紋的衍射角半角寬度光直線傳播增大，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.（2）中央明紋（k=1的兩暗紋間）角范圍線范圍中央明紋的寬度單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？λ越大，θ越大，衍射效應(yīng)越明顯.入射波長變化，衍射效應(yīng)如何變化?（3）條紋寬度（相鄰條紋間距）除了中央明紋外的其它明紋、暗紋的寬度（4）單縫衍射的動態(tài)變化單縫上下移動，根據(jù)透鏡成像原理衍射圖不變.單縫上移，零級明紋仍在透鏡光軸上.干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）（5）入射光非垂直入射時光程差的計(jì)算（中央明紋向下移動）（中央明紋向上移動）（6）干涉和衍射的區(qū)別干涉是指有限個分立的光束的相干疊加，衍射則是連續(xù)的無限個子波的相干疊加。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。說明：干涉與衍射往往是同時存在的，平行光入射到雙縫上，每一縫都要向一個較大角度發(fā)出光線，這是衍射造成的展布。如果沒有衍射，則光沿直線傳播，在屏幕形成的只是邊緣清晰的雙縫的像。它們不會相遇，也不會產(chǎn)生干涉?？梢婋p縫干涉實(shí)際上是兩個縫發(fā)出的光束的干涉和每個縫自身發(fā)出的光的衍射的綜合效果。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)射的微波波長是18mm，則在它監(jiān)視范圍內(nèi)的公路長度大約是多少？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a衍射屏中央亮斑(愛里斑,其直徑為D)2.透鏡的分辯本領(lǐng)幾何光學(xué)物點(diǎn)相對光強(qiáng)曲線經(jīng)圓孔衍射后,一個點(diǎn)光源對應(yīng)一個愛里斑波動光學(xué)物點(diǎn)一一對應(yīng)像點(diǎn)一一對應(yīng)像斑愛里斑的半角寬度為瑞利判據(jù):對于兩個等光強(qiáng)的非相干物點(diǎn),如果一個像斑中心恰好落在另一像斑的邊緣(第一暗紋處),則此兩像被認(rèn)為是剛好能分辨。此時兩像斑中心角距離為最小分辨角可分辨剛可分辨不可分辨定義分辨本領(lǐng)ldj22.11aR==眼睛的最小分辨角為設(shè)人離車的距離為

S時，恰能分辨這兩盞燈。取在迎面駛來的汽車上，兩盞前燈相距120cm，設(shè)夜間人眼瞳孔直徑為5.0mm，入射光波為

550nm。例人在離汽車多遠(yuǎn)的地方，眼睛恰能分辨這兩盞燈？求解d=120cmS由題意有觀察者四、光柵衍射1.光柵：—大量等寬、等間距的平行狹縫(或反射面)構(gòu)成的光學(xué)元件。（1）種類：透射光柵反射光柵（2）

光柵常數(shù)d透光寬度不透光寬度透射光柵、反射光柵。2.光柵衍射條紋的形成（定性分析）光柵衍射條紋是單縫衍射和多縫干涉的總效果，其強(qiáng)度為衍射因子與多縫干涉因子的乘積。即干涉和衍射同時加強(qiáng)時為明紋;同時減弱時為暗紋;一強(qiáng)一弱時為暗紋.3、光柵方程（光柵衍射條紋的定量分析）

—垂直入射的光柵方程

注：上述方程為光柵衍射時，產(chǎn)生明紋的必要條件。4、光柵衍射時的明紋位置（1）角位置

由：得：第k級明紋的衍射角為：←？5、討論

①條紋最高級數(shù)：由xk=ftanθk確定，與光柵的縫數(shù)無關(guān)；思考：（2）線位置←？取整數(shù)入射光的波長：入射光波長越大，明紋間相隔越遠(yuǎn)；反之亦然。光柵縫數(shù)：光柵總縫數(shù)愈多，參與干涉的光束就愈多，明紋也就愈亮，而且還可證明，光柵總縫數(shù)愈多，明紋愈窄。光柵常數(shù)：光柵常數(shù)越小，明紋越窄，明紋間相隔越遠(yuǎn)；反之亦然。②影響光柵衍射條紋的因素提示：③光線斜入射光柵時的方程

p當(dāng)衍射光線與入射光線在光柵平面法線的同側(cè)時，如右圖所示。光柵方程為：

k=0,1,2,3…光程差為：①②12當(dāng)衍射光線與入射光線在光柵平面法線的異側(cè)時，如下圖所示。k=0,1,2,3…光柵方程為：光程差為：歸納：光線斜入射光柵時的方程為：

k=0,1,2,3…θ與φ在光柵平面法線同側(cè),

sinφ取正;反之------?？芍鈻艞l紋級數(shù)由θ

決定，因此，其它條件不變時，當(dāng)，k最大。例用每毫米有500條刻痕的透射光柵觀察鈉光譜線則：1、平行光線垂直入射時，最多能看到第幾級明條紋？

2、平行光線以30o角入射時，最多能看到第幾級明條紋？中央明條紋在什么位置？由于K只能取整數(shù)。因此，最多能觀察到第3級明條紋?？偣部煽吹?2k+1)=7條明紋(中央明紋和±1、±2、±3級明紋)。(2)當(dāng)光線斜入射到光柵上時，由斜入射光柵方程有：(1)由題意，光柵常數(shù)為,由光柵方程把代入上式得解：取整數(shù)，即在屏上的O點(diǎn)一方最多可觀察到第5級明條紋。取，即在屏上O點(diǎn)的另一方最多可觀察到第1級明條紋?？偣部捎^察到7條明紋。（包括中央明條紋）。因此，斜入射時中央明條紋偏移到衍射角為的位置。例用每毫米有500條刻痕的透射光柵觀察鈉光譜線則：1、平行光線垂直入射時，最多能看到第幾級明條紋？

2、平行光線以30o角入射時，最多能看到第幾級明條紋？中央明條紋在什么位置？由于把代入中得：中央明條紋滿足的條件是光程差為零,把k=0代入（1）（2）的區(qū)別？？？？ksinq+l,213k()0,,,縫間干涉明紋位置()+ab單縫衍射暗紋位置sinqa+l213(),,,kk()+abakk的明紋級次缺級故24350(sinq)+ablllllllll23l45l6l6圖為/=3時的缺級情況()+aba6、缺級現(xiàn)象7、衍射光譜若用白光照射光柵,中央仍為白光,其它各級明紋將按由紫到紅的順序排列,形成一系列譜線（又稱為光譜）。隨著k的增大，不同級次的譜線有可能重合。0級1級2級-2級-1級3級-3級白光的光柵光譜[例]波長為7000A的單色光，垂直入射在平面透射光柵上，光柵常數(shù)為3×10-4cm，縫寬為10-4cm。分析哪些級出現(xiàn)缺級現(xiàn)象?解:

時取整，即最多可看到第四級光譜滿足時缺級又時缺級----第三級出現(xiàn)缺級即光屏上實(shí)際呈現(xiàn)級數(shù)為4-1=3，對應(yīng)于明紋k=-4,-2,-1,0,1,2,4共七條8、光柵的應(yīng)用研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、分析物質(zhì)的成分等立體效果全息照像一、自然光和偏振光

光波是一種電磁波。1、自然光：

自然光的光矢量在所有可能的方向上,且振幅E相同.

自然光的表示：面對光的傳播方向觀察11.2.3光的偏振E播傳方向振動面

線偏振光的表示：(光振動平行板面)(光振動垂直板面)（2）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。線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解2、偏振光

（1）線偏振光

只有單一方向光振動的光。

部分振動光的表示：平行板面的光振動較強(qiáng)垂直板面的光振動較強(qiáng)（3）圓偏振光和橢圓偏振光

右旋圓偏振光

y

yx

z傳播方向

/2x某時刻左旋圓偏振光E隨z的變化E0

表示：圓偏振光和橢圓偏振光可以看成兩個頻率相同、振動方向互相垂直、相位差為的線偏振光的合成。

3.偏振光的獲得：偏振片、反射、雙折射等。(1)偏振片

···非偏振光線偏振光光軸電氣石晶片（2）起偏與檢偏：

把自然光改變?yōu)槠窆獾难b置。即利用某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動,而讓與這個方向垂直的光振動通過的性質(zhì)(二向色性)制成起偏器.自然光I0線偏振光I偏振化方向線偏振光I'起偏器檢偏器結(jié)論：自然光通過偏振片后，光強(qiáng)為原來的二分之一；線偏振光入射到偏振片上后，偏振片旋轉(zhuǎn)一周（以入射光線為軸）過程中，透射光出現(xiàn)兩次最明、兩次消光。

思考：（1）若自然光入射到偏振片上，則以入射光線為軸轉(zhuǎn)動一周，則透射光光強(qiáng)如何變？（2）若部分偏振光入射到偏振片上，則以入射光線為軸轉(zhuǎn)動一周，則透射光如何變化？(3)如何判斷一束光是線偏振光還是部分偏振光？二、

馬呂斯定律(－馬呂斯定律)—消光當(dāng)當(dāng)圖11-42馬呂斯定律討論：例1

有兩個偏振片,一個用作起偏器,一個用作檢偏器.當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為時,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,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)度分別為和.經(jīng)過起偏器后光強(qiáng)分別為和.經(jīng)過檢偏器后:1、反射和折射產(chǎn)生的偏振ib

—布儒斯特角或起偏角自然光反射和折射后成為部分偏振光線偏振光ib+γ=90o時，反射光為線偏振光2、布儒斯特定律

三、布儒斯特定律

四、偏振光在工程技術(shù)中的應(yīng)用1、偏振現(xiàn)象在攝影技術(shù)中的應(yīng)用

水面相機(jī)2、用光彈法判斷工件內(nèi)部的應(yīng)力分布光彈效應(yīng)：

3、攝影技巧未使用偏光鏡的效果使用了偏光鏡的效果（a）玻璃門表面的反光很強(qiáng)（c）用偏光鏡消除了反射偏振光，玻璃門內(nèi)的人物清晰可見（b）用偏光鏡減弱了反射偏振光五、雙折射現(xiàn)象

方解石1.雙折射o光e光2.尋常光和非尋常光兩折射光線中有一條始終在入射面內(nèi)，并遵從折射定律，稱為尋常光，簡稱

o光

另一條光一般不遵從折射定律，稱非常光，簡稱

e光

雙折射現(xiàn)象一束光入射到各向異性的介質(zhì)后出現(xiàn)兩束折射光線的現(xiàn)象。3.晶體的光軸當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個特殊方向傳播時不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。例如方解石晶體(冰洲石)光軸光軸是一特殊的方向,凡平行于此方向的直線均為光軸。單軸晶體：只有一個光軸的晶體雙軸晶體:

有兩個光軸的晶體4.主平面主平面

晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面.78o102o78o102o光軸與

o

光構(gòu)成的平面叫

o光主平面.光軸與

e

光構(gòu)成的平面叫

e光主平面.5.正晶體、負(fù)晶體e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面··光軸在入射面時,o光主平面和e光主平面重合,此時o光振動和e光振動相互垂直。一般情況下，兩個主平面夾角很小，故可認(rèn)為o光振動和e光振動仍然相互垂直。光軸o光:e光:光軸(o光主折射率)(e光主折射率)(o光振動垂直o光主平面)(e

光振動在e光主平面內(nèi))

正晶體光軸光軸負(fù)晶體(垂直光軸截面

)(垂直光軸截面

)(平行光軸截面

)(平行光軸截面

)11.3.1干涉在工程技術(shù)中的應(yīng)用1、測量某些氣體的含量測量某些氣體的含量：在生產(chǎn)過程或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常需要檢測流體中雜質(zhì)含量或有害成分的濃度等，由于它們可通過折射率反映出來，所以可以用干涉法對它們進(jìn)行精確測量。

當(dāng)瓦斯氣濃度稍有改變，從而引起折射率的改變時，兩束出射光的光程差立即發(fā)生變化，并引起條紋的移動，根據(jù)條紋移動的數(shù)目，就可測定瓦斯含量的變化。2、測量流體折射率

因此，測出,由的值即可求。實(shí)際測量中，并不去數(shù)條紋移動的數(shù)目，而是調(diào)節(jié)光程補(bǔ)償板（使之繞水平軸轉(zhuǎn)動）或，以補(bǔ)償經(jīng)過不同管子的光程，從而讀出光程差的變化瑞利干涉儀能檢測數(shù)量級為10-8的折射率的變化。若在管和中分別裝入折射率為和的流體，則兩束光的光程差。移過后焦平面上中心位置的干涉條紋數(shù)目為2L3、測量微小長度的變化

受熱膨脹干涉條紋移動玻璃板向上平移兩平板玻璃和地之間放一膨脹系數(shù)很小的石英環(huán)，環(huán)內(nèi)放上待測樣品，它的上表面與的下表面形成一空氣劈尖，以單色光垂直照射時，可觀察到干涉條紋。設(shè)溫度為時樣品長為，溫度為t時長度為，若在這個過程中干涉條紋移動了N條，因樣品的增長量就等于膜厚的減小量，所以，使之與上玻璃板之間形成空氣劈尖。由此可計(jì)算出熱膨脹系數(shù)為4、檢查工件表面的平整度檢查光學(xué)平面的缺陷條紋偏向膜（空氣）厚