基礎(chǔ)物理課件 光學(xué) 期末復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)資料

1第二部分

波動(dòng)光學(xué)部分

1.電磁波

電磁波的基本性質(zhì)[3].能量、能流和能流密度*.2.光學(xué)導(dǎo)言

光學(xué)簡(jiǎn)史[1].波的數(shù)學(xué)描述[1].費(fèi)馬原理[2].3.光的干涉

光的單色性和相干性[3].相干光的獲得[2].楊氏雙縫干涉[1].洛埃鏡[3].半波損失[2].光程[1].等厚干涉（劈尖、牛頓環(huán)）[1].等傾干涉[3].邁克耳孫干涉儀[2].薄膜干涉應(yīng)用舉例[1].光場(chǎng)的空間相干性和時(shí)間相干性[3].4.光的衍射

惠更斯－菲涅耳原理[3].單縫衍射[2].衍射光柵[1].光柵光譜[3].光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)[3].5.光的偏振

天然光和線偏振光[2].布儒斯特定律[2].馬呂斯定律[2].單軸晶體中光的雙折射[3].線偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)[3].波片和補(bǔ)償器[3].1．如圖所示，用波長(zhǎng)為的單色光照射雙縫干涉實(shí)驗(yàn)光線2中，則當(dāng)劈尖b緩慢向上移動(dòng)時(shí)(只遮住S2)，屏C上的干涉條紋裝置，若將一折射率為n、劈角為的透明劈尖b插入(A)間隔變大，向下移動(dòng)(B)間隔變小，向上移動(dòng)(C)間隔不變，向下移動(dòng)(D)間隔不變，向上移動(dòng)√解：雙縫干涉條紋的寬度,只與有關(guān)。解：雙縫干涉條紋的寬度,只與有關(guān)。①未插入劈尖b前，O點(diǎn)為零級(jí)明紋。②b插入光線2，零級(jí)明紋向下移動(dòng)。③b向上移動(dòng)，條紋繼續(xù)向下移動(dòng)。1、波長(zhǎng)為λ的單色平行光垂直入射到一狹縫上，若第一級(jí)暗紋的位置對(duì)應(yīng)的衍射角為

=±/6，則縫寬的大小為

(A)

/2．(B)

．

(C)2

．(D)3

．解：C中央明紋位置：明紋條件：暗紋條件：B2、在單縫夫瑯和費(fèi)衍射的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于給定的單色光，當(dāng)縫寬變小時(shí)，除中央亮條紋的中心位置不變外，各級(jí)衍射條紋：(A)對(duì)應(yīng)的衍射角變小(B)對(duì)應(yīng)的衍射角變大(C)對(duì)應(yīng)的衍射角不變(D)光強(qiáng)不變解：1.

波長(zhǎng)的單色光垂直入射到一光柵上,測(cè)得第二級(jí)主極大的衍射角為，且第三級(jí)是缺級(jí)。（1）光柵常數(shù)d=?

（2）透光縫可能的最小寬度b=?

（3）在選定了上述光柵常數(shù)和透光縫寬度后，求在衍射角范圍內(nèi)可能觀察到的全部主極大的級(jí)次。

解:(1)利用光柵方程(2)若第三級(jí)不缺級(jí)，對(duì)光柵有：由于第三級(jí)缺級(jí)，對(duì)應(yīng)最小可能的縫寬滿足單縫衍射第一級(jí)暗紋：1.波長(zhǎng)的單色光垂直入射到一光柵上,測(cè)得第二級(jí)主極大的衍射角為，且第三級(jí)是缺級(jí)。（1）光柵常數(shù)d=?

（2）透光縫可能的最小寬度b=?

（3）在選定了上述光柵常數(shù)和透光縫寬度后，求在衍射角范圍內(nèi)可能觀察到的全部主極大的級(jí)次。

(3)實(shí)際呈現(xiàn)的明紋是：8

電磁波能量密度w

電磁波能流密度*§2.光的電磁特性、波的數(shù)學(xué)描述若只關(guān)心波強(qiáng)I相對(duì)大小,不妨取：9§2.光的電磁特性、波的數(shù)學(xué)描述五.波的數(shù)學(xué)描述（復(fù)習(xí)）一維簡(jiǎn)諧波：波數(shù)角頻率振幅初相位光矢量波數(shù)：kx與

t符號(hào)相反：波沿x正向傳播kx與

t符號(hào)相同：波沿x負(fù)向傳播三維簡(jiǎn)諧波：波矢：

波的傳播方向10即：光程等于相同時(shí)間內(nèi)光在真空中傳播的距離為什么要引入光程？在討論光的疊加時(shí)的關(guān)鍵物理量是相位差，引入光程后便于相位差的計(jì)算一.光程光程定義：或§1.3費(fèi)馬原理11二.費(fèi)馬原理光從空間一點(diǎn)傳播到另一點(diǎn)是沿著光程為極值的路徑傳播的。

——P.deFermat,1657極值可以是極小、極大或穩(wěn)定值1.光的直線傳播定律光線在均勻介質(zhì)中沿直線傳播同一介質(zhì)中，兩點(diǎn)屬直線段最短即光程最小?！獬虨闃O小值費(fèi)馬原理§1.3費(fèi)馬原理相干三條件:頻率相同,相位差恒定,振動(dòng)方向相同則:相干項(xiàng)

兩列波相遇空間內(nèi)有兩種特殊點(diǎn)：怎樣獲得相干光?

⑴分波前干涉法取同一波面的不同部分作為子光源⑵分振幅干涉法利用折射/反射把同一束光一分為二,再使其相遇第二章光的干涉▲楊氏干涉強(qiáng)度分布(重點(diǎn)！)計(jì)算在屏上亮紋和暗紋的位置光線1,2在空氣中→光程差:相位差δ與光程差△:亮紋條件：暗紋條件：亮紋位置：暗紋位置：相鄰亮紋或相鄰暗紋間距：屏上干涉強(qiáng)度分布公式:S1S2Sr1PxOr2dEDO'←討論兩θ約等=⑶縫光源S位置偏移對(duì)稱軸的情況光源S→S',偏移量為ξ,條紋何變動(dòng)?關(guān)?。河?jì)算光線1,2之間的光程差(注：S1和S2不在同一波面上)兩θ約等=零級(jí)亮紋位置:表明:新零級(jí)亮紋在x=-D

/R處條紋間距不變，為什么？當(dāng)S→S'時(shí),條紋整體向下平移⑷光源寬度b對(duì)干涉條紋的影響光源上每一點(diǎn)在屏上都有一套干涉條紋它們彼此有一定的平移；

非相干疊加。干涉條紋的襯比度：Imax——亮紋的強(qiáng)度；Imin——暗紋的強(qiáng)度點(diǎn)光源：Imin=0;

=1光源有一定寬度：Imin

0;<1.

非相干疊加。

相干疊加。襯比度下降；光源寬度為b：

=0,視場(chǎng)均勻強(qiáng)度,無干涉條紋。才有干涉條紋若則此時(shí)無條紋才有干涉條紋S與S'不相干,各有一套干涉條紋條紋平移量條紋間距討論：★薄膜干涉的光程差公式薄膜的折射率薄膜厚度膜內(nèi)折射角半波長(zhǎng)損失點(diǎn)光源光線§3.5分振幅干涉---薄膜干涉的一般問題☆

n1＜n2＞n3或n1＞n2＜n3→有半波損失

，其它情況無半波損失

☆垂直入射：i=γ=0亮條紋暗條紋

☆相鄰明條紋間或相鄰暗條紋間的光程差§3.6等傾干涉等傾條紋照相薄膜的折射率均勻薄膜厚度均勻膜內(nèi)折射角變化特點(diǎn):CDidn1n2

n3L

fPOr環(huán)面光源···BiA★觀察方法各點(diǎn)光源發(fā)出入射角相同的光線?聚焦同一條紋⑵干涉條紋的級(jí)次k分布→亮紋中心處級(jí)次最大外沿級(jí)次逐漸降低⑶干涉條紋的間距等傾條紋照相k大k小小大相鄰條紋:光程差相位差相鄰條紋間距:中心→γ小→dγ大邊緣→γ大→dγ小∴中心處的條紋稀疏；外邊緣的條紋密。§3.7等厚干涉★觀察方法薄膜的折射率均勻薄膜厚度變特點(diǎn):平行光垂直入射∴稱等厚干涉非均勻薄膜干涉定域于膜的近旁人眼直接觀察用透鏡和屏幕觀之平行光干涉條紋薄膜平行光干涉條紋薄膜薄膜平行光人眼反射鏡★干涉條紋的特征⑴干涉條紋的形狀膜厚h相同的連線為同級(jí)干涉條紋干涉條紋是光程差相同點(diǎn)的軌跡⑵干涉條紋的級(jí)次k分布(亮紋)→薄→k??；厚→k大。⑶相鄰亮紋或相鄰暗紋之間的厚度差重要!!⑷干涉條紋的移動(dòng)膜厚變,觀察光程差不變的干涉條紋動(dòng)向。舉例說明…★牛頓環(huán)內(nèi)疏外密的同心圓環(huán)中心恒暗(k=0)h:半徑為r處空氣膜的厚度空氣膜下表面處有半波損失相鄰條紋間距:亮暗★劈尖干涉已知λ,a,D,求細(xì)絲直經(jīng)h.解:膜厚方向上明紋間距：⑴干涉條紋的形狀:線條狀⑵干涉條紋的級(jí)次k分布:靠棱邊→k小;遠(yuǎn)離棱邊→k大。⑷玻璃板平行上移,條紋向梭邊移動(dòng).⑶相鄰亮紋或相鄰暗紋之間的厚度差

⑸增大θ,條紋也向梭邊移動(dòng).⑹應(yīng)用之一:測(cè)量細(xì)絲102nm◆增透膜戴眼鏡的人在陽光下照像易花眼。因?yàn)檠坨R反光。使反射光干涉相消,透射光增強(qiáng)。解決方法：眼鏡上鍍膜，(∵人眼等對(duì)此靈敏)取所以薄膜厚為：對(duì)薄膜要求：(暗)空氣MgF玻璃已知λ求hminG211

M2半透半反膜S平行光§3.9邁克耳孫干涉儀和馬赫-曾德爾干涉儀▲邁克耳孫干涉儀為觀測(cè)以太是否存在而設(shè)計(jì)的.G1C光線1和光線2在C點(diǎn)分開，經(jīng)歷各自的路線在E點(diǎn)聚焦重新相遇，其光程差：明場(chǎng)暗場(chǎng)討論：h=0明場(chǎng)；h=λ/4暗場(chǎng)；h=λ/2明場(chǎng);……明暗交替但當(dāng)h≥某L時(shí)，無明暗場(chǎng)變化，這說明波列長(zhǎng)度為L(zhǎng)。E觀察鏡⑴單色平行光入射hM

2鏡象M1M1上下可調(diào)22

空氣層注：無半波損失▲當(dāng)h↓→

↓

說明同級(jí)園環(huán)內(nèi)移，在O點(diǎn)處陷入。▲當(dāng)h↑→

↑

說明同級(jí)園環(huán)外移，在O點(diǎn)處冒出。調(diào)節(jié)反射鏡M,干涉園環(huán)極其靈敏。但干涉亮環(huán)光強(qiáng)度弱。⑵單色點(diǎn)光源空氣層M20M1M'2Sh

與單色點(diǎn)光源同，屬等傾干涉。

▲當(dāng)h↓→↓

說明原k級(jí)園環(huán)內(nèi)移,在O點(diǎn)處陷入。

▲當(dāng)h↑→↑說明原k級(jí)園環(huán)外移,在O點(diǎn)處冒出。亮紋暗紋討論：dh=λ/2→d△=λ中央O點(diǎn)處有一個(gè)環(huán)條紋冒出或陷入有N條環(huán)冒出或陷入,說明M1移動(dòng)了：由此可測(cè)出λ或△h．⑶單色面光源空氣層0M1M'2M2S面光源h亮度加強(qiáng)⑷單色平行光入射空氣層厚不均

等厚干涉

平行條紋

用于精確測(cè)量…h(huán)

條紋整體向右移動(dòng)h變化

2即△h=

2條紋向右移動(dòng)一個(gè)條紋間距相對(duì)于一固定參考線，若移動(dòng)了N個(gè)條紋，則G211

M2半透半反膜S平行光G1CE觀察鏡hM1M1上下可調(diào)M

2鏡象22

空氣層可說明波的折射定律等;不能說明衍射的光強(qiáng)分布等同一波陣面上發(fā)出的各次波在空間任意P點(diǎn)相干疊加§3.2惠更斯-菲涅耳原理?xiàng)钍想p縫干涉啟發(fā)下惠更斯-菲涅耳原理(1815):

惠更斯原理:t時(shí)刻波陣面上各點(diǎn)發(fā)次波，

t+Δt時(shí)刻波陣面為這些次波的包絡(luò)面。

SSrP積分遍及整個(gè)包圍波源的閉合曲面S衍射現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)∵滿足相干三條件§3.3夫瑯禾費(fèi)單縫衍射∴夫瑯禾費(fèi)衍射(遠(yuǎn)場(chǎng)衍射)■衍射裝置∵障礙物K兩邊都是平行光KL1L2ES平行光斜平行光障礙物觀察屏透鏡透鏡L1的焦點(diǎn)處L2的焦平面處■實(shí)驗(yàn)結(jié)果條紋對(duì)稱分布.中央明紋是其他明紋寬度的2倍.條紋寬與縫寬成反比中央明紋光強(qiáng)>>其它各級(jí)(k

,I迅速

)白光入射時(shí),中央白色明紋,兩側(cè)內(nèi)紫外紅.■強(qiáng)度分布公式N光振動(dòng)U2與U1的相位差光振動(dòng)U3與U1的相位差UN與U1的δ矢量圖解法：顯然：UN與U1的光程差而光強(qiáng)各矢量

疊加θ衍射角θ式中：PxCBObS*■強(qiáng)度分布討論

λ/b

2λ/b

3λ/b

-λ/b

-2λ/b

-3λ/b

暗紋Isinθ

暗紋夫瑯禾費(fèi)單縫衍射強(qiáng)度分布公式：暗紋位置：亮紋位置：令:超越方程

λ/b

2λ/b

3λ/b

-λ/b

-2λ/b

-3λ/b

暗紋Isinθ

暗紋理論結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.430λ/b

-1.430λ/b

2.459λ/b

-2.459λ/b

亮紋0兩個(gè)“半波帶”上相對(duì)應(yīng)位置(如1,1

和2,2

)發(fā)的光在P處干涉相消形成暗紋?！龇颇氩◣Х?定性解釋)作兩個(gè)//BN的平面（平面間距為λ/2），將單縫處的波面劃分成兩個(gè)半波帶，半波帶半波帶121′2′

當(dāng)時(shí)，可將縫分為兩個(gè)“半波帶”1′b

2BC半波帶半波帶12′λ/2N

當(dāng)時(shí)，可將縫分成三個(gè)“半波帶”bλ/2

BC明紋

當(dāng)時(shí),可將縫分成四個(gè)“半波帶”bλ/2BC

暗紋——暗紋——明紋(中心)

——中央明紋(中心)當(dāng)當(dāng)當(dāng)注意：與干涉條紋的區(qū)別！結(jié)論：⑴暗紋位置：⑵亮紋位置：⑶條紋形狀：直線條狀形⑷條紋寬度：主極大條紋寬度→次極大條紋寬度→⑸相鄰暗紋間距：⑹條紋移動(dòng)：縫寬b↓條紋向兩側(cè)疏展縫寬b↑條紋向中央靠攏縫寬b>>λ各有條紋收縮成一個(gè)亮點(diǎn)單縫上下平行移動(dòng)條紋不動(dòng),亮度也不變Ob平行光聚焦一點(diǎn)主極大條紋不動(dòng)!!b

f各級(jí)條紋不動(dòng)!!可分辨剛可分辨不可分辨★瑞利判據(jù)點(diǎn)光源中央衍射亮斑中心恰好與另一點(diǎn)光源的第一衍射極小(暗紋)相重合.瑞利判據(jù):精確值=?細(xì)研究有價(jià)值…§3.4夫瑯禾費(fèi)園孔衍射和光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)I/I0sinθ相對(duì)光強(qiáng)1.22λ/d-1.22λ/d1.62λ/d-1.62λ/d園孔衍射愛里斑∴

愛里斑半角寬度★分辨率/分辨本領(lǐng)R顯微鏡：D不會(huì)很大,可不可選擇,可望遠(yuǎn)鏡：電子顯微鏡的分辨率>>光學(xué)顯微鏡的分辨率。如直徑30m的射電望遠(yuǎn)鏡。電子

：0.1?

1?,∴電子顯微鏡分辨本領(lǐng)很高,可觀察物質(zhì)結(jié)構(gòu)。R等于最小分辨角的倒數(shù),即:Ob

f§3.5衍射光柵★回顧單縫衍射和雙縫干涉多縫衍射？是簡(jiǎn)單相加？條紋都不細(xì),測(cè)波長(zhǎng)不準(zhǔn)！單縫上下平行移動(dòng)→條紋不動(dòng)OP

f條紋又細(xì)又亮,測(cè)波長(zhǎng)準(zhǔn)！是衍射+干涉!!!透射光柵bS1S2SODO'1819年夫瑯禾費(fèi)→世界第一塊光柵1882年羅蘭→14000縫/英寸的光柵1945年→閃耀光柵出現(xiàn)★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。d反射光柵d透射光柵★光柵種類a是透光(或反光)部分的寬度(縫寬)d=a+b

光柵常數(shù)b

是不透光(或不反光)部分的寬度★光柵常數(shù)★光柵衍射強(qiáng)度分布公式波面PxO

f衍射角θd衍射衍射干涉

干=dsin

衍=bsin

ababa

采用矢量圖解法:光柵常數(shù)d=a+b,衍射角θO

fPx總縫數(shù)N

=(2

/

)

干光柵衍射強(qiáng)度分布公式:衍射因子干涉因子★強(qiáng)度分布討論干涉因子:(1)亮條紋位置光柵方程dsin

=k

型極大值N2→N↑→I↑k=0,±1,±2,±3,…物理解釋：各縫光在P點(diǎn)相位差

=2k

,從而相干加強(qiáng)。其矢量圖：

=2k

A1A2A3A4A5┉ANO

fPx衍射角θΔ干注：θ與x一一對(duì)應(yīng)O

fPx衍射角

干

=(2

/

)

干=(2

/

)dsin

主極大A前提：(2)暗條紋位置Ndsin

=m

dsin

=(m/N)

≠k

干涉因子m=±1,±2,…,(N-1),

±(N+1),±(N+2),…,(2N-1),

m≠Nm≠2Nm≠3N±(2N+1),±(2N+2),…,(3N-1),

…

…m≠kN若m=

kN→dsin

=k

前提：這正是第k級(jí)主極大這表明在第k與k+1級(jí)主極大之間有：N-1個(gè)極小值；N-2個(gè)次極大值。kk+1N=?m=?m=?m=(k+1)N+1m=(k+1)N-1(3)亮條紋寬度kk+1m=kN+1dsin

=(m/N)

≠k

第k級(jí)條紋寬度是暗紋m=kN-1和m=kN+1的間距∴N↑→

x↓∴亮紋寬度:m=kN-1

x暗紋條件物理解釋：N↑，N-1個(gè)極小值把主極大擠壓得很細(xì)∴主極大條紋又細(xì)又亮?！?/p>

>5ox(5)多縫干涉條紋中的缺級(jí)衍射因子干涉因子主極大:dsin

=k'

極小值:bsin

=n

第k′、2k′、3k′┅級(jí)主極大缺級(jí)n=0,k=0k=1k=2k=4k=-1k=-2k=-4k=3缺k=-3缺物理解釋：各縫沿

方向無衍射光，當(dāng)然就無縫間干涉。單縫衍射強(qiáng)度曲線0★角色散率和色分辨本領(lǐng)角色散率D定義:單位波長(zhǎng)差的兩條譜線夾角,反映光柵分開不同波長(zhǎng)譜線的能力。dsin

=k

→dcos

d

=kd

光柵方程k↑,d↓,

↑D大;反之亦然.k=0→D=0表明：此光柵不能分開0級(jí)中不同波長(zhǎng)的光色分辨本領(lǐng)R定義:→實(shí)驗(yàn)吻合

+

極大:dsin

=k(

+

)

緊鄰極小:dsin

=(kN+1)

/N瑞利判據(jù)λ

+

N↑→R↑,

min

=

/(kN)越小(1.2×106條/102mm)→

min~

0.02?由定理知沿反射定律的方向相干加強(qiáng)—可視多縫零級(jí)衍射層與層間干涉：晶面族相鄰層間光程差:晶面族相鄰層間光程差:晶體有許多晶面族，對(duì)應(yīng)有不同的晶面間距d和掠射角

,其相鄰層間光程差為：

=2dsin

同一層各粒子發(fā)次波衍射：d1

1

1d2SEFGOABC著名的布拉格公式：2dsin

=k

方向相干加強(qiáng)(k=1,2…)

2

2光有干涉、衍射、橫波性、光速≈3×108m/s電磁波也有干涉、衍射、橫波性、波速≈3×108m/s∴光是電磁波1.線偏振光橫波：光波的電場(chǎng)矢量E和磁場(chǎng)矢量H與波的傳播方向垂直偏振:光振動(dòng)垂直于傳播方向且在一個(gè)方向振動(dòng)占優(yōu)§5.1自然光和偏振光3.部分偏振光偏振度定義：P=1→線偏振光;P=0→自然光;P=0～1→部分偏振光尋找一種物質(zhì),僅吸收特定振動(dòng)方向的光,可實(shí)現(xiàn)部分偏振光。各波列振動(dòng)總效果在某方向振動(dòng)占優(yōu)波列之間無固定相位關(guān)系；2.自然光一個(gè)波列屬線偏振光,但振動(dòng)方向隨機(jī)；波列之間無固定相位關(guān)系；各波列無占優(yōu)的振動(dòng)方向→各方向相同4.橢園偏振光光矢量方向、大小→周期性變化迎著傳播方向(z軸方向)看→矢量端點(diǎn)→橢園→xy右旋橢園偏振光左旋橢園偏振光右旋橢園偏振光左旋橢園偏振光振動(dòng)方向相互垂直的兩個(gè)線偏振光合成可實(shí)現(xiàn)橢園偏振光具體分析如下：設(shè)兩個(gè)同頻率,振動(dòng)方向互相垂直,且有固定相位差的線偏振光:Ex=E0xcos(ωt+

x)Ey=E0ycos(ωt+

y)5.園偏振光k=偶:右旋k=奇:左旋1234567891011120

=0123456789101112§4.2起偏振器與檢偏振器馬呂斯定律全部通過尋找一種物質(zhì),僅吸收特定振動(dòng)方向的光,可實(shí)現(xiàn)偏振光。天然電石氣晶體碘化硫酸奎寧微小有機(jī)晶粒沉淀在塑料膜上并拉伸該膜檢偏方法:

旋轉(zhuǎn)檢偏器,出射光呈周期性明暗變化,則為偏振光.

若已知檢偏器偏振方向,還可得被測(cè)光的偏振方向.起偏檢偏全部不通過部分通過馬呂斯定律:偏振化方向證明如下：(證畢)自然光I0線偏振光I偏振化方向線偏振光I'起偏器檢偏器偏振化方向如果→出射光強(qiáng)

I'=？1809.(法)馬呂斯：燭光水面反射光---偏振(入射角i=52.45o)1815.布儒斯特定律：當(dāng)ib+

=

/2時(shí),反射光是線偏振光,并且垂直於入射面。

R由折射定律：稱ib

為布儒斯特角入射面：界面法線與入射光線構(gòu)成的平面。§4.3反射和折射時(shí)的偏振n1n2ibib+

=

/2T線偏振光部分偏振光例:空氣-玻璃:ib

56

;空氣-水:ib

53

§4.4散射光的偏振★光的散射現(xiàn)象太陽光→窗戶入室→室內(nèi)浮懸塵?！庵皇狻逅稳雰傻闻Ｄ獭庵☆w粒散射光1871年(英)瑞利散射定律：當(dāng)小顆粒尺寸小于可見光波長(zhǎng)

時(shí)，I散射光

1/

4∵偶極振子的輻射場(chǎng)強(qiáng)E

2,輻射功率

E2

4

1/

4熱運(yùn)動(dòng)→各振子發(fā)次波屬非相干→各輻射功率之和→I散射光1907年(俄)曼杰利斯塔姆提出：分子熱運(yùn)動(dòng)→密度局部漲落→折射率局漲落→散射光I∝1/

41910年(德)愛因斯坦提出----分子散射的定量理論…巧合人眼散射光★散射引起的偏振散射光本質(zhì)：入射光波的電場(chǎng)→電偶極子振動(dòng)→變化電磁場(chǎng)→電磁波→散射光zxy電偶極子P散射最小散射最大zxy散射最大zxyP散射最小線偏振光線偏振光自然光P線偏振光部分偏振光自然光結(jié)論：⊥入射光方向→線偏振光∥入射光方向→自然光其它方向→部分偏振光帶電粒子受迫振動(dòng)§4.5雙折射現(xiàn)象1669.(丹)巴塞林納斯---方解石(CaCO3)---雙折射現(xiàn)象

方解石So光e光

起因：各向異性晶體中,各方向波速不同--有雙折射現(xiàn)象特點(diǎn)：

◆o光滿足折射定律--尋常光；旋轉(zhuǎn)晶體時(shí),e光不滿足折射定律-非常光.o光不動(dòng),e光隨晶體旋轉(zhuǎn).o光e光S◆一般vo

≠

ve，no≠nevo與傳播方向無關(guān),ve與傳播方向有關(guān)。光軸78o102o78o102o◆存在一個(gè)特殊方向無雙折射現(xiàn)象----光軸方向改變?nèi)肷涔夥较虿⑿D(zhuǎn)晶體發(fā)現(xiàn):晶體內(nèi)有一個(gè)特定方向不發(fā)生雙折射.

說明在這個(gè)方向上o、e光折射率相同S特定方向入射e光=

o光光軸方解石晶體

單軸晶體(方解石,石英,紅寶石);雙軸晶體(云母,硫磺,藍(lán)寶石)光軸是一特殊的方向,凡平行于此方向的直線均為光軸vo

=veno=ne◆o光和e光均為線偏振光o光與光軸構(gòu)成的平面e光與光軸構(gòu)成的平面o光振動(dòng)矢量垂直於o光主平面；e光振動(dòng)矢量平行於e光主平面.o光光軸o光的主平面(o光振動(dòng)垂直o光主平面)···主平面:光線方向與光軸所成平面.e光光軸e

光的主平面(e

光振動(dòng)在e光主平面內(nèi))一般o光主平面與e光主平面不重合,但夾角很小主截面:包含光軸且與晶體表面垂直的平面.入射面:入射光線與光軸構(gòu)成的平面.若入射面與主截面重合

三面重合(o光主平面,e光主平面,主截面)用費(fèi)馬原理可證

近似:

o光⊥e光§4.6惠更斯作圖法●單軸晶體中的波面設(shè)晶體內(nèi)有一個(gè)次波源，在t=0時(shí)刻發(fā)次波，t時(shí)刻的波面如圖

o

e

o

e光軸

正晶體負(fù)晶體平行光軸截面

垂直光軸截面

負(fù)晶體正晶體o光恒為球面,e光為旋轉(zhuǎn)橢球面//光軸：光速相等

o

光軸：

o光→no,

o;e光→ne,

e波面形狀不同o光各方向光速相等;

e光光速與方向有關(guān).原因:(1)光軸平行入射面且與晶體表面斜交,自然光斜入射※光在各向異性介質(zhì)界面上的折射光軸ABCo光e光方解石光軸DE分析：入射面(紙面)與主截面重合

三面重合(o光主平面、e光主平面、主截面)∴o光⊥e光負(fù)晶體◆波片光軸平行晶體表面波晶片光軸o光和e光經(jīng)過晶體后：其光程差為：

其相位差為:波片分類：1/4波片1/2波片全波片可見：通過d可設(shè)計(jì)o,e光間

可改變出射光的偏振狀態(tài)§4.8波片和補(bǔ)償器目的:控制o,e光間

改變出光偏振狀態(tài)總結(jié)：※波片

相位延遲器

設(shè)計(jì)o光和e光之間