大學(xué)物理 波動(dòng)光學(xué)

激光、光全息技術(shù)、光信息處理技術(shù)、光纖技術(shù)…概述對(duì)光的研究?jī)汕Ф嗄戡F(xiàn)代光學(xué)技術(shù):第9章波動(dòng)光學(xué)(如量子光學(xué))微粒說(shuō)波動(dòng)說(shuō)波粒二象性1.光的本性的爭(zhēng)論微粒說(shuō)：1672年牛頓提出波動(dòng)說(shuō)：意大利的哥里馬第是最早的波動(dòng)說(shuō)的倡導(dǎo)者

1687年惠更斯發(fā)展了波動(dòng)說(shuō)1801年托馬斯·楊發(fā)現(xiàn)了光的干涉現(xiàn)象，提出光的干涉理論

1818年菲涅爾的“桂冠論文”確定了光的波動(dòng)說(shuō)1865年麥克斯韋建立了光的電磁理論，完成了光的波動(dòng)理論的最后形式

19世紀(jì)末，光電效應(yīng)又使波動(dòng)理論陷入困境。1905年愛(ài)因斯坦提出了光子理論，為光的本性的爭(zhēng)論畫(huà)上了句號(hào)。光是一種電磁波（變化電磁場(chǎng)在空間的傳播）

1.是頻率在一定范圍內(nèi)電磁波（波長(zhǎng)在400-760nm)，是對(duì)人眼能產(chǎn)生視覺(jué)的電磁波?？梢?jiàn)光范圍2.電磁波是橫波ZEuYHX一.光的相干性

9－1相干光(t~10-9S

)—一個(gè)光波列1.普通光源發(fā)光特點(diǎn)間歇性獨(dú)立性隨機(jī)性

、矢量方向不盡相同12基態(tài)激發(fā)態(tài)P21不同原子同一時(shí)刻同原子不同一時(shí)刻(矢量)光矢量不相干特殊技術(shù)—激光—相干2.2.相干光條件(1)必要條件—同機(jī)械波二.相干光的獲取

一般:“一分為二”、“自我干涉”1.分振幅法(薄膜干涉如劈尖、牛頓環(huán)、…)

IW2WW1I1I2AB3.2.分波陣面法(如雙縫、勞埃德鏡、…)

相遇處:干涉項(xiàng)：4.一.

楊氏雙縫干涉9－2楊氏雙縫干涉勞埃德鏡對(duì)屏上任一點(diǎn)P

(考慮到)6.相長(zhǎng)(加強(qiáng))由于1=2用

討論干涉問(wèn)題明紋中心(最亮處)其中中央(零級(jí))明紋各級(jí)明紋各2條暗紋中心(最暗處)當(dāng)相消(減弱)當(dāng)其中各級(jí)暗紋各2條相鄰明紋(或暗紋)中心間距7.相鄰明條紋中心或相鄰暗條紋中心間距(1)一系列平行的等間距的、明暗相間的條紋(3)用白光作為光源時(shí)，在零級(jí)白色中央條紋兩邊對(duì)稱(chēng)排列著由紫向紅的彩色條紋

4I0xI0k012-1-2x1x2x-2x-1光強(qiáng)分布(2)Δx正比

,D

；反比d紋寬條紋特征一定時(shí)，若變化，則將怎樣變化？1）2）

條紋間距與的關(guān)系如何？一定時(shí)，[例]雙縫干涉,d=0.2mm,D=10m.(1)如測(cè)得中央明紋兩側(cè)兩個(gè)第3級(jí)明紋中心的間距x=150

mm求;(2)求中央明紋兩側(cè)兩個(gè)第3級(jí)暗紋中心的間距x’.8.分析:首先弄清屏上明暗紋分布圖象,可用兩種解法一是考慮位置x表達(dá)式;二是考慮間隔數(shù).解得明紋間距分別為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用鈉光燈作單色光源，其波長(zhǎng)為589.3nm，屏與雙縫的距離D=600mm例求

d=1.0mm和d=10mm，兩種情況相鄰明紋間距分別為多大？解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最先發(fā)生重疊的是某一級(jí)次的紅光和高一級(jí)次的紫光

所以：清晰的可見(jiàn)光譜只有一級(jí)

在

400~760nm范圍內(nèi)，明紋條件為能觀察到的清晰可見(jiàn)光譜的級(jí)次例求解二.光程光在兩種不同介質(zhì)中傳播相同距離LL真空(n=1)玻璃(n=1.5)真空(

—真空中波長(zhǎng))介質(zhì)定義:nL

—光程—折算成真空情況兩相干光的光程(以后用此概念討論干涉衍射等問(wèn)題)、不同路徑(光程)相位躍變影響12.三.

勞埃德鏡直射光反射光相干—類(lèi)似為雙縫LMPP'實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：屏P移至P

'處L處—暗紋—相位躍變相位差與光程差(為真空中波長(zhǎng))相長(zhǎng)(最亮處)相消(最暗處)13.討論:楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)屏上B處的1.S1處加一透明介質(zhì)片(n,t)2.再在O1O連線(xiàn)上放一平面鏡3.計(jì)算第1種情況中屏上明紋位置x表達(dá)式注在以上問(wèn)題中仍成立BO’結(jié)論：疏媒質(zhì)(光速較大)密媒質(zhì)(光速較小)入反L處反射光較入射光相位躍變

(等效光程差為)14.2.透鏡不引起附加光程差各光線(xiàn)經(jīng)透鏡后光程的變化相等FABCDEabcde焦平面F焦平面ABCDEabcde1.S1處加一透明介質(zhì)片(n,e)O’用折射率n=1.58的很薄的云母片覆蓋在雙縫實(shí)驗(yàn)中的一條縫上，這時(shí)屏上的第七級(jí)亮條紋移到原來(lái)的零級(jí)亮條紋的位置上。如果入射光波長(zhǎng)為550nm。無(wú)云母片時(shí)，零級(jí)亮紋在屏上P點(diǎn)，加上云母片后，到達(dá)P點(diǎn)的兩光束的光程差為當(dāng)P點(diǎn)為第七級(jí)明紋位置時(shí)

例求此云母片的厚度是多少？解設(shè)云母片厚度為d

。當(dāng)光線(xiàn)垂直入射時(shí)當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)9－3薄膜干涉一、增透膜和增反膜玻璃氟化鎂為增透膜

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.例為了增加透射率,求氟化鎂膜的最小厚度.已知空氣,氟化鎂,23解

減弱取eSM劈尖角二.

劈尖(

,d

呈線(xiàn)性變化

)1.單色平行光垂直入射(

一般情況

)2.空氣劈尖(教材n2=1)注a.等厚原理=f(e)ekke空間分布條紋空間分布對(duì)應(yīng)其中e

=

0處(劈棱)—暗紋(

k=0

)18.b.共性相鄰最亮中心(或最暗中心)c.(近似)幾何關(guān)系圖中兩三角形相似

，利用以上關(guān)系—測(cè)量(,D,,n

)20.討論:干涉條紋會(huì)發(fā)生怎樣的變化[圖形(a)]？若劈尖的上表面向右方平移，干涉條紋會(huì)發(fā)生怎樣的變化[圖(b)]？若劈尖的角度增大，干涉條紋又將發(fā)生怎樣的變化[圖(c)]?如圖所示，若劈尖的上表面向上平移，利用等厚原理分析關(guān)鍵:21.三牛頓環(huán)由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成光程差三.

牛頓環(huán)顯微鏡TSLM半透半反鏡(d

呈非線(xiàn)性變化

)空氣牛頓環(huán)(教材)其中:中心處(e

=

0)—暗(k=0

)明環(huán)暗環(huán)特征：內(nèi)疏外密明暗相間圓形條紋—？25.測(cè)量透鏡的曲率半徑

例用氦氖激光器發(fā)出的波長(zhǎng)為633nm的單色光做牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得第個(gè)k

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b2）厚度線(xiàn)性增長(zhǎng)條紋等間距，厚度非線(xiàn)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)）4）半波損失需具體問(wèn)題具體分析分光板G1導(dǎo)軌單色光源補(bǔ)償板G2反射鏡

M1反射鏡

M21.裝置與原理(1)(2)等厚干涉(空氣劈尖)等傾干涉*Michelson干涉儀28.(1)(2)2.測(cè)量應(yīng)用(1)平移M1—測(cè)微小長(zhǎng)度前后光程差的差移動(dòng)條紋數(shù)(2)插入薄透明介質(zhì)片—測(cè)n

或厚度

t(n

,t)29.[例]

在邁克耳孫干涉儀的兩臂中，分別插入玻璃管,長(zhǎng)為，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(guò)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：lGM1M2真空空氣30.一.

光的衍射現(xiàn)象9－4光的衍射障礙物線(xiàn)度(縫、孔、屏、絲)>>—“直線(xiàn)傳播”(幾何光學(xué))與可比擬

—繞射(衍射)(波動(dòng)光學(xué))32.圓盤(pán)衍射圖樣(見(jiàn)圖)惠更斯原理波面上的每一點(diǎn)均為發(fā)射子波的波源，這些子波的包絡(luò)面即新的波陣面.障礙物入射波衍射波菲涅耳原理對(duì)子波的振幅和相位作了定量描述

空間任一點(diǎn)振動(dòng)為所有子波在該點(diǎn)相干疊加的結(jié)果二.

Huygens—Fresnel原理（子波相干疊加）(1629-1695)(1788-1827)三.

菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射(a)菲涅耳衍射(b)夫瑯禾費(fèi)衍射(c)在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)夫瑯禾費(fèi)衍射(遠(yuǎn)場(chǎng))2.Fraunhofer衍射—（特例）本教材討論對(duì)象1.Fresnel衍射(近場(chǎng))34.四、單縫衍射1.夫蘭禾費(fèi)單縫衍射①②(1)平行子波(相等)

相遇相干觀察屏狹縫透鏡平行光(2)圖中3個(gè)角相等,

—衍射角(4)如=

0

Q處相遇max=bsin(3)如=

0

(平行主光軸)

o處相遇中央明紋(=0)35.2.半波帶法(近似方法)(≠0處)如(N為整數(shù))其中—分為N個(gè)半波帶—一束光分為N個(gè)相同子光束N為偶數(shù)相消(最暗處)N為奇數(shù)相長(zhǎng)(最亮處,明紋中心)如上述兩者之間縫長(zhǎng)縫長(zhǎng)36.討論：衍射條紋位置分布與強(qiáng)度(定性)分布a.位置(最亮或最暗中心)角位置

=

0中央明紋

≠0其它明暗紋中心—半波帶法線(xiàn)位置(

<

5?

對(duì)應(yīng)k值較小)37.fLx0x中央明紋第一級(jí)衍射極小第一級(jí)明紋b.明紋寬度—相鄰暗紋中心間距中央其它式中第一級(jí)衍射極小(中央明紋邊界)c.強(qiáng)度中央明紋—集中透射光絕大部分能量其它明紋—能量依次降低如中央I0

,k=2,0.016I0……其它k=1,0.045I0;

38.注a.干涉—有限光束間相干衍射—無(wú)限個(gè)子波間相干本質(zhì)一樣b.近似計(jì)算問(wèn)題<5?,,

>5?嚴(yán)格計(jì)算d.縫↑↓—位置不變e.斜入射—條紋移動(dòng)c.白光垂直入射—色散(中央明紋以外)紅外紫內(nèi)b↑↓(變密)幾何光學(xué)b↓

↑

(變疏)波動(dòng)光學(xué)b

>>

f.39.單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？越大，越大，衍射效應(yīng)越明顯.入射波長(zhǎng)變化，衍射效應(yīng)如何變化?40.

例單縫衍射圖中，各條入射光線(xiàn)間距相等，那么光線(xiàn)1與3在幕上P點(diǎn)相遇時(shí)的位相差為

，P點(diǎn)應(yīng)為

點(diǎn).RP135135暗縫長(zhǎng)

例平行單色光垂直照射在單縫上，觀察夫朗和費(fèi)衍射，若屏上P點(diǎn)處為第二級(jí)暗紋，則單縫處波面相應(yīng)地可劃分為

個(gè)半波帶,若將單縫寬度縮小一半，P點(diǎn)將是

級(jí)

紋.4第一暗例一單色平行光垂直入射一單縫，其衍射第三級(jí)明紋位置恰好與波長(zhǎng)為600nm的單色光垂直入射該縫時(shí)衍射的第二級(jí)位置重合，試求該單色光的波長(zhǎng).解

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(xiàn)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)的公路長(zhǎng)度大約是多少？解將雷達(dá)天線(xiàn)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)暗紋條件雙縫干涉單縫衍射振動(dòng)的合成兩個(gè)分立相干波疊有限個(gè)半波帶法連續(xù)分布子波源相干疊加無(wú)限多個(gè)考慮縫有寬度縫寬

~

波長(zhǎng)不考慮縫有寬度光程差△--半波長(zhǎng)倍數(shù)中央、偶數(shù)、奇數(shù)光程差△--半波長(zhǎng)倍數(shù)中央、偶數(shù)、奇數(shù)誰(shuí)的？一.

圓孔衍射艾里斑9－4－3圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)定性討論:單縫

小矩形孔

小圓孔衍射圖樣、、可證明艾里斑(相當(dāng)于單縫中央明紋)張角直徑43.二.

光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)波動(dòng)光學(xué):一個(gè)物點(diǎn)→一個(gè)像斑→重疊問(wèn)題→分辨問(wèn)題Rayleigh判據(jù)(對(duì)非相干光)最小分辨角兩物點(diǎn)張角(視角)>

0

能分辨=

0

恰能分辨<

0

不能分辨對(duì)光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)44.

[例1]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,人眼最敏感的波長(zhǎng)為550nm

,

(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？問(wèn)解(1)(2)46.S1S20解（1）哈勃望遠(yuǎn)鏡的最小分辨角為例2太空望遠(yuǎn)鏡（1）哈勃太空望遠(yuǎn)鏡是1990年發(fā)射升空的天文望遠(yuǎn)鏡，它的主透鏡直徑為2.4m

,是目前太空中的最大望遠(yuǎn)鏡.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.試計(jì)算哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)波長(zhǎng)為800nm的紅外光的最小分辨角.（2）人類(lèi)正在建造新一代太空望遠(yuǎn)鏡韋布，計(jì)劃于2014年利用歐洲航天局的“阿麗亞娜5號(hào)”火箭發(fā)射,在距離地球150萬(wàn)公里的遙遠(yuǎn)軌道上運(yùn)行，以代替將要退役的哈勃望遠(yuǎn)鏡.設(shè)計(jì)中的韋布太空望遠(yuǎn)鏡的主透鏡直徑至少為6m,也可在紅外頻率下工作，問(wèn)與哈勃望遠(yuǎn)鏡相比韋布望遠(yuǎn)鏡的分辨率預(yù)計(jì)可以提高多少倍？提高的倍數(shù)為解例2太空望遠(yuǎn)鏡從工作原理分衍射光柵(透射光柵)反射光柵(閃耀光柵)9－4－4

衍射光柵

大量平行等寬等間距的狹縫(或反射面)構(gòu)成的光學(xué)元件。一組相互平行，等寬度()、等間距的狹縫組成縫寬，不透光，光柵常數(shù)透射式衍射光柵b+b’一.

(平面透射)光柵演示結(jié)論：隨著狹縫的增多，明條紋的亮度將增大，條紋變細(xì)，且明條紋的間隔也變大。1.光柵常數(shù)不透光透光10-5~10-6mLN刻痕(等間距)2.機(jī)理多光束干涉單縫衍射綜合效應(yīng)理論:干涉衍射注N個(gè)縫單縫效應(yīng)——位置重合48.二.

光柵衍射條紋的形成1.多光束干涉—決定主明紋位置N個(gè)平行子光束(

相同)相鄰子光束光程差:(主)明紋條件中央明紋任意非相鄰子光束—均滿(mǎn)足相長(zhǎng)條件相鄰主明紋之間：注θθPOθ個(gè)極小個(gè)次明紋49.一定，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)光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越亮.(a)(c)θθPO2.衍射—對(duì)明紋光強(qiáng)調(diào)制(1)

光強(qiáng)調(diào)制效應(yīng)(見(jiàn)圖)(2)

缺級(jí)缺級(jí)(b)如有干涉極大衍射極小50.討論:N=5k=0k

=

–2k=–1k

=

–4k=–5k

=

2k=1k

=

4k=5如討論缺級(jí)問(wèn)題缺級(jí)為注a.透射光能量主要集中在中央包絡(luò)線(xiàn)(單縫中央明紋范圍)內(nèi)各個(gè)主明紋上角寬度相鄰主明紋之間為一片暗區(qū)(含極小和次明紋)線(xiàn)寬度b.其它問(wèn)題(同單縫衍射)最大級(jí)次km,(主明紋)斜入射,近似計(jì)算問(wèn)題色散,(主)明紋線(xiàn)位置,51.條

[例1]

用氦氖激光器發(fā)出的的紅光，垂直入射到一平面透射光柵上，測(cè)得第一級(jí)明紋出現(xiàn)在的方向上，試求(1)這一平面透射光柵的光柵常數(shù)d,這意味著該光柵在1cm內(nèi)有多少條狹縫？(2)最多能看到第幾級(jí)衍射明紋？只能看到第一級(jí)衍射明紋分析:a.

>

5o嚴(yán)格計(jì)算b.令sin

=1可求km

(取整)52.[例2]用每毫米有500條刻痕的衍射光柵觀察（波長(zhǎng)=590nm）鈉光譜線(xiàn)，縫寬和刻痕寬度b之比為1：2.試問(wèn)：(1)平行光垂直入射于光柵時(shí)最高能看到第幾級(jí)光譜線(xiàn),(2)觀察屏上總共可能出現(xiàn)幾條譜線(xiàn)？53.入射光為白光時(shí)，不同，不同，按波長(zhǎng)分開(kāi)形成光譜.一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜*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:一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜連續(xù)光譜：熾熱物體光譜線(xiàn)狀光譜：鈉鹽、分立明線(xiàn)帶狀光譜：分子光譜衍射光譜分類(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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.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)綠光分析:a.光譜張角—k一定min—1max—2b.令如較大時(shí)，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光可能不出現(xiàn)，不完整光譜55.X射線(xiàn)衍射一、X射線(xiàn)

1895年德國(guó)物理學(xué)家倫琴用克魯斯克管的陰極射線(xiàn)作實(shí)驗(yàn)，偶然發(fā)現(xiàn)附近桌上的熒光屏上發(fā)出了光，倫琴用一張黑紙擋住管子，熒光仍存在，而用一片金屬板就擋住了，他稱(chēng)這種射線(xiàn)為X射線(xiàn)。

歷史上第一張X射線(xiàn)照片，就是倫琴拍攝他夫人手的照片。由于X射線(xiàn)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)。*四.

X

射線(xiàn)衍射簡(jiǎn)介

倫琴夫人看了照片后害怕地說(shuō)：這簡(jiǎn)直象魔鬼的手。二、勞厄斑

1912年德國(guó)慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授馮?勞厄用晶體中的衍射拍攝出X射線(xiàn)衍射照片。由于晶體的晶格常數(shù)約10nm，與X射線(xiàn)波長(zhǎng)接近，衍射現(xiàn)象明顯。單晶片X射線(xiàn)照相底片1912年，慕尼黑大學(xué)勞厄、弗里得里希、克里平

劃時(shí)代的實(shí)驗(yàn)

一箭雙雕：確認(rèn)X射線(xiàn)具有波動(dòng)性確定晶體結(jié)構(gòu)的周期性

（揭開(kāi)晶體結(jié)構(gòu)研究序幕）榮獲1914年諾貝爾物理獎(jiǎng)X射線(xiàn)通過(guò)晶體產(chǎn)生衍射譜

晶體原子排列三維光柵將X射線(xiàn)入射到晶體點(diǎn)陣，晶體點(diǎn)陣中大量原子（離子）就成為子波波源，產(chǎn)生X射線(xiàn)的衍射和干涉。布拉格公式(叫做

掠射角,

又稱(chēng)布拉格角)兩束散射光的光程差為干涉加強(qiáng)的條件得世界上第一張晶體X射線(xiàn)衍射譜硫酸銅晶體X射線(xiàn)衍射譜早期的X射線(xiàn)衍射裝置

閃鋅礦的勞厄像（勞厄等劃時(shí)代論文所載）愛(ài)因斯坦說(shuō)：x射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)是

“物理學(xué)最美的實(shí)驗(yàn)”

設(shè)想極其巧妙；實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)潔了當(dāng)；一舉解決兩個(gè)重大難題；令人贊嘆不已。開(kāi)辟了晶體結(jié)構(gòu)分析，X射線(xiàn)光譜學(xué)，電子衍射和中子衍射等一系列新學(xué)科，碩果累累。9-5光的偏振性馬呂斯定律一.

自然光偏振光1.橫波的偏振性電磁波(含光波)—橫波2.自然光(普通光源,太陽(yáng)光)含各個(gè)方向的振動(dòng)且振幅相等—“各向同性”58.3.(線(xiàn))偏振光只含有某一固定方向光振動(dòng)(振動(dòng)面)(b)振動(dòng)方向垂直屏幕的線(xiàn)偏振光(a)振動(dòng)方向在屏幕內(nèi)的線(xiàn)偏振光(c)在屏幕內(nèi)的振動(dòng)較強(qiáng)的部分偏振光(d)垂直屏幕的振動(dòng)較強(qiáng)的部分偏振光4.部分偏振光含有各個(gè)方向光振動(dòng)，但振幅不等注除自然光外,其它光一般通過(guò)特殊方法(如反射,折射,散射……）產(chǎn)生59.二.

偏振片起偏與檢偏機(jī)理:光與物質(zhì)相互作用.如二向色性、雙折射…1.偏振片—只允許某一特定方向(偏振化方向)光通過(guò)的透明薄片注光振動(dòng)與偏振化方向∥全通過(guò)⊥全部不通過(guò)其它情況,部分(平行分量)通過(guò)2.起偏與檢偏起偏器(對(duì)自然光)檢偏器(對(duì)偏振光)ⅠⅡ自然光偏振光偏振光偏振化方向起偏器60.NMMalus定律討論:a.定性描述自然光依次通過(guò)偏振片Ⅰ與Ⅱ后的狀態(tài)(偏振態(tài),強(qiáng)度)b.分別旋轉(zhuǎn)偏振片Ⅰ和Ⅱ,光的強(qiáng)度變化情況三.

馬呂斯定律起偏過(guò)程中檢偏過(guò)程中式中I0為入射偏振光光強(qiáng),

為其與偏振化方向的夾角61.討論:1.如何用兩個(gè)偏振片,使一束線(xiàn)偏振光的光振動(dòng)旋轉(zhuǎn)90°并使透射光強(qiáng)盡可能最大?.分析:設(shè)線(xiàn)偏振光的振幅和光強(qiáng)分別為E0和I0如圖2.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(guò)p3

的光強(qiáng)I與轉(zhuǎn)角的關(guān)系.62.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(guò)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(guò)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(guò)起偏器后光強(qiáng)分別為和.經(jīng)過(guò)檢偏器后偏光鏡頭立體電影四反射光與折射光的偏振空氣玻璃(a)實(shí)驗(yàn)(1815年)表明反射與折射中(自然光入射)圖(a)反射光—部分偏振光折射光—部分偏振光(⊥占優(yōu))(∥占優(yōu))圖(b)反射光—偏振光折射光—部分偏振光(⊥分量)(∥占優(yōu))(Brewster定律)i0—起偏角或Brewster角玻璃空氣(b)63.玻璃空氣注a.反射光與折射光偏振化程度與入射角i有關(guān)b.起偏時(shí)(i=i0)反⊥

折c.工程中—玻璃片堆反折偏振光64.下列情況中光線(xiàn)的反射和折射(為起偏角)討論:[例]水的折射率為1.33,空氣的折射率為1,當(dāng)自然光從空氣射向水面而反射時(shí),起偏角為多少?而當(dāng)光有水下進(jìn)入空氣時(shí),起偏角又是多少?65.一.

雙折射的尋常光和非尋常光14－11雙折射現(xiàn)象對(duì)各向異性晶體(方解石),兩束光1.

尋常光(o光)和非常光(e光)o光:遵守折射定律各個(gè)方向

vo=常數(shù)no=常數(shù)e光:不遵守折射定律各個(gè)方向

ve=常數(shù)ne=常數(shù)光軸2.

光軸“”(一個(gè)特定方向)兩者均為偏振光光沿光軸方向入射，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象66.3.主截面—光軸與入射面法線(xiàn)所成平面如光沿主截面入射

(本教材討論對(duì)象)o光⊥主截面e光∥主截面o光⊥e光4.no與nee光：主折射率(⊥光軸方向)⊥光軸方向∥光軸方向o光：—常數(shù)光軸

光

光67.o

光波陣面e

光波陣面光軸68.正晶體(如石英)負(fù)晶體(如方解石)光軸e

光波陣面o

光波陣面二.人為雙折射現(xiàn)象各向同性介質(zhì)電場(chǎng),磁場(chǎng)應(yīng)力,外力各向異性(雙折射)1.克爾效應(yīng)與泡克爾斯效應(yīng)(加電場(chǎng))克爾效應(yīng)線(xiàn)性電光效應(yīng)電光效應(yīng)(電控光開(kāi)關(guān))泡克爾斯效應(yīng)69.2.光彈效應(yīng)—測(cè)材料內(nèi)應(yīng)力分布工程:糖量計(jì),……旋光現(xiàn)象：偏振光通過(guò)上述物質(zhì)振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)旋光固體

=

lΔψlAB*14－12旋光現(xiàn)象旋光物法：石英晶體，糖溶液……

=

l(對(duì)一定而言)旋光溶液l—透光長(zhǎng)度,

—濃度,—常量(與旋光物質(zhì)有關(guān))—常量(與和物質(zhì)有關(guān))70.討論:1.如何用兩個(gè)偏振片,使一束線(xiàn)偏振光的光振動(dòng)旋轉(zhuǎn)90°并使透射光強(qiáng)盡可能最大?.分析:設(shè)線(xiàn)偏振光的振幅和光強(qiáng)分別為E0和I0如圖2.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(guò)p3

的光強(qiáng)I與轉(zhuǎn)角的關(guān)系.62.如石英：l=1mm=4.05×102nm=

45.9o磁性介質(zhì)(外加磁場(chǎng)B)

=V

l

BV

—常量另：左旋于右旋如糖分子式與分子結(jié)構(gòu)不同左旋糖右旋糖=5.89×102nm=

21.7o71.一.

圓孔衍射艾里斑14－7圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)定性討論:單縫

小矩形孔

小圓孔衍射圖樣、、可證明艾里斑(相當(dāng)于單縫中央明紋)張角直徑43.二.

光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)波動(dòng)光學(xué):一個(gè)物點(diǎn)→一個(gè)像斑→重疊問(wèn)題→分辨問(wèn)題Rayleigh判據(jù)(對(duì)非相干光)最小分辨角兩物點(diǎn)張角(視角)>

0

能分辨=

0

恰能分辨<

0

不能分辨對(duì)光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)44.1990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

?=0.1〃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.

45.

[例1]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,人眼最敏感的波長(zhǎng)為550nm

,

(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？問(wèn)解(1)(2)46.[例2]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(xiàn)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(xiàn)直徑為2.33m

.解(1)(2)47.一.

(平面透射)光柵14－8衍射光柵1.光柵常數(shù)不透光透光10-5~10-6mLN刻痕(等間距)2.機(jī)理多光束干涉單縫衍射綜合效應(yīng)理論:干涉衍射注N個(gè)縫單縫效應(yīng)——位置重合48.二.

光柵衍射條紋的形成1.多光束干涉—決定主明紋位置N個(gè)平行子光束(

相同)相鄰子光束:(主)明紋條件中央明紋任意非相鄰子光束—均滿(mǎn)足相長(zhǎng)條件相鄰主明紋之間：注θθPOθ個(gè)極小個(gè)次明紋49.(a)(c)θθPO2.衍射—對(duì)明紋光強(qiáng)調(diào)制(1)

光強(qiáng)調(diào)制效應(yīng)(見(jiàn)圖)(2)

缺級(jí)缺級(jí)(b)如有干涉極大衍射極小50.討論:N=5k=0k

=

–2k=–1k

=

–4k=–5k

=

2k=1k

=

4k=5如討論缺級(jí)問(wèn)題缺級(jí)為注a.透射光能量主要集中在中央包絡(luò)線(xiàn)(單縫中央明紋范圍)內(nèi)各個(gè)主明紋上角寬度相鄰主明紋之間為一片暗區(qū)(含極小和次明紋)線(xiàn)寬度b.其它問(wèn)題(同單縫衍射)最大級(jí)次km,(主明紋)斜入射,近似計(jì)算問(wèn)題色散,(主)明紋線(xiàn)位置,51.條

[例1]

用氦氖激光器發(fā)出的的紅光，垂直入射到一平面透射光柵上，測(cè)得第一級(jí)明紋出現(xiàn)在的方向上，試求(1)這一平面透射光柵的光柵常數(shù)d,這意味著該光柵在1cm內(nèi)有多少條狹縫？(2)最多能看到第幾級(jí)衍射明紋？只能看到第一級(jí)衍射明紋分析:a.

>

5o嚴(yán)格計(jì)算b.令sin

=1可求km

(取整)52.[例2]波長(zhǎng)=600nm用單色光垂直照射在一光柵上,發(fā)現(xiàn)第2級(jí)主明紋出現(xiàn)在sin

=

0.2處,且k

=3,6,9,…缺級(jí),求(1)光柵常數(shù),(2)透光縫寬度b,(3)相鄰主明紋(不含缺級(jí))間距x,f=1m(4)中央包絡(luò)線(xiàn)范圍內(nèi)主明紋數(shù)目,(5)范圍內(nèi),能夠呈現(xiàn)的全部級(jí)數(shù).分析:a.對(duì)(1)、(2)和(4)—可利用缺級(jí)現(xiàn)象求解其中對(duì)應(yīng)單縫衍射中第1級(jí)衍射極小(中央包絡(luò)線(xiàn)邊界)b.對(duì)(5)由km和缺級(jí)共同確定53.三.

衍射光譜白光入射中央主明紋(k

=

0,

=

0)—白光其它主明紋(k

=

0,

=

0)—色散(∝)注a.k級(jí)光譜的角寬度b.如k值較大—重疊或交錯(cuò)54.[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.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)綠光分析:a.光譜張角—k一定min—1max—2b.令如較大時(shí)，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光可能不出現(xiàn)，不完整光譜55.*四.

X

射線(xiàn)衍射簡(jiǎn)介X射線(xiàn)冷卻水鉛板單晶片照像底片1.x

射線(xiàn)衍射(1)x

射線(xiàn)(倫琴射線(xiàn))產(chǎn)生(2)勞厄斑點(diǎn)—晶格的衍射現(xiàn)象1845~1923德國(guó)56.2.布拉格公式(相鄰晶面)反射光干涉加強(qiáng)條件干涉加強(qiáng)式中

—掠射角(

Bragg角)x射線(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)分析DNA晶體的X衍射照片DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)散射波入射波57.14－9光的偏振性馬呂斯定律一.

自然光偏振光1.橫波的偏振性電磁波(含光波)—橫波2.自然光(普通光源,太陽(yáng)光)含各個(gè)方向的振動(dòng)且振幅相等—“各向同性”58.3.(線(xiàn))偏振光只含有某一固定方向光振動(dòng)(振動(dòng)面)(b)振動(dòng)方向垂直屏幕的線(xiàn)偏振光(a)振動(dòng)方向在屏幕內(nèi)的線(xiàn)偏振光(c)在屏幕內(nèi)的振動(dòng)較強(qiáng)的部分偏振光(d)垂直屏幕的振動(dòng)較強(qiáng)的部分偏振光4.部分偏振光含有各個(gè)方向光振動(dòng)，但振幅不等注除自然光外,其它光一般通過(guò)特殊方法(如反射,折射,散射……）產(chǎn)生59.二.

偏振片起偏與檢偏機(jī)理:光與物質(zhì)相互作用.如二向色性、雙折射…1.偏振片—只允許某一特定方向(偏振化方向)光通過(guò)的透明薄片注光振動(dòng)與偏振化方向∥全通過(guò)⊥全部不通過(guò)其它情況,部分(平行分量)通過(guò)2.起偏與檢偏起偏器(對(duì)自然光)檢偏器(對(duì)偏振光)ⅠⅡ自然光偏振光偏振光偏振化方向起偏器60.NMMalus定律討論:a.定性描述自然光依次通過(guò)偏振片Ⅰ與Ⅱ后