第十八章波动光学

1、1.频率相同频率相同 ；2.有恒定相位差；有恒定相位差；3.振动方向一致；振动方向一致；4.光强差不太大；光强差不太大；5.光程差不太大。光程差不太大。两束光两束光1.1.相干光源相干光源 / / 一、产生相干光的条件一、产生相干光的条件低能级低能级E1二、原子发光机制二、原子发光机制高能级高能级E2光子光子 photon1.1.相干光源相干光源 / / 二、原子发光机制二、原子发光机制2.各原子发光无固定相位差。各原子发光无固定相位差。1.原子发光的时间只有原子发光的时间只有10-8秒。秒。无干涉现象无干涉现象三、相干长度三、相干长度 要使两束光产生干涉，两束光的最大要使两束光产生干涉，两束

2、光的最大光程差。光程差。可发生干涉可发生干涉不能发生干涉不能发生干涉普通光源普通光源 mm-cm 激光激光 m-Km1.1.相干光源相干光源 / / 三、相干长度三、相干长度1.光程光程 L optical path 由由risinsin在媒质中光走的波程为在媒质中光走的波程为 r，则传播了，则传播了vCnn1.1.相干光源相干光源 / / 四、光程与光程差四、光程与光程差nr个波长，相当于真空中传播的波程个波长，相当于真空中传播的波程为：为：nrrn定义定义光程光程 ：nrL2. .光程差光程差 optical path difference12LL-1.1.相干光源相干光源 / / 四、光

3、程与光程差四、光程与光程差3. .光程差与相位差的关系光程差与相位差的关系2则相位差为：则相位差为：2 两束单色相干光，光程差：两束单色相干光，光程差： 减弱 )2 ,1 ,0( 2)12(kk加强 )2 ,1 ,0( kk1.1.相干光源相干光源 / / 五、干涉加强减弱条件五、干涉加强减弱条件1. .分波面法分波面法2. .分振幅法分振幅法干耀国干耀国设计制作设计制作1.1.相干光源相干光源 杨氏杨氏YoungYoung在在1801年首先年首先用实验的方法用实验的方法研究了光的干研究了光的干涉现象，为光涉现象，为光的波动理论确的波动理论确定了实验基础。定了实验基础。2. 2. 杨氏双缝干涉

4、杨氏双缝干涉 / / 一、杨氏双缝干涉一、杨氏双缝干涉2. 2. 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 / / 一、杨氏双缝干涉一、杨氏双缝干涉DoS1S2Par1r2x双双缝缝单单缝缝S屏屏干涉条纹干涉条纹I光强分布点光源2.2.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 / / 一、杨氏双缝干涉一、杨氏双缝干涉DoS1S2Par1r2xRQ，OPQRSS21DxRS12.2.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 / / 二、两条光线的光程差二、两条光线的光程差，很小aRSRSS112,DxaDax x明纹 )2 ,1 ,0( kaDk暗纹 )2 ,1 ,0( 2)12(kaDk2.2.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 / / 四、明纹、暗

5、纹位置四、明纹、暗纹位置减弱 )2 ,1 ,0( 2)12(kk加强 )2 ,1 ,0( kk Daxk=1时：时：aDx1有两条对称分布有两条对称分布 。12341234IO0明纹明纹2.2.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 / / 六、讨论六、讨论1. .明纹位置明纹位置aDkxkk=0时：时：00 x位于屏幕中央，有一条位于屏幕中央，有一条暗纹暗纹00aDkxk2)12(k=0时：时：aDx20各级暗纹都有两条，各级暗纹都有两条，且对称分布且对称分布IO012341234明纹明纹2.2.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 / / 六、讨论六、讨论12341234a. .相邻明纹间距：相邻明纹间距：kkxx

6、x-1aDkaDkx-)1(b. .相邻暗纹间距：相邻暗纹间距：kkxxx-1aDkaDkx2)12(21)1(2-aDaD2.2.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 / / 六、讨论六、讨论aDx明暗相间平行等距明暗相间平行等距例例1：激光激光 = 632.8 nm，照射，照射双缝双缝1.2 mm ，D= 500 mm，求两条第，求两条第4级明纹的级明纹的距离。距离。解：解：44Io明纹明纹aDkxk两条两条 4 级明纹的距离为：级明纹的距离为：aDkx22.2.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 / / 举例举例33910211050010863242-.m10123- .解：解：oD DS1S2Sar1r2

7、Iood2.2.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 / / 举例举例例例2：激光激光 = 632.8 nm 照射双缝，将照射双缝，将n=1.4 的透明薄片插入一条光路，中央明纹的透明薄片插入一条光路，中央明纹移动移动 3.5 个条纹，求透明薄片的厚度个条纹，求透明薄片的厚度 d 。P点未覆盖薄膜前：点未覆盖薄膜前：5 . 312-rr5 .3)1(-dn15 .3-nd0)(12-nddrrm105.56-14 .1108 .6325 .39-D DS1S2ar1r2od2.2.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 / / 举例举例P点覆盖薄膜后：点覆盖薄膜后：干耀国干耀国设计制作设计制作2.2.杨氏双缝干涉杨氏双

8、缝干涉 1.透镜透镜 lens 不引起附加光程差不引起附加光程差FF3.3.薄膜干涉薄膜干涉 / / 一、几个概念一、几个概念2. .半波损失半波损失 half-wave loss 产生条件：产生条件：光从光疏媒质进入光密媒质；光从光疏媒质进入光密媒质；反射光中产生半波损失。反射光中产生半波损失。1n2nd3ni3.3.薄膜干涉薄膜干涉 / / 二、薄膜干涉公式二、薄膜干涉公式反射光反射光 光、光、 光光，满足相干光的满足相干光的 5 个个条件条件ADnBCABn12)(-BCABiACADsinirdsintg2ADnABn122-rdncos/22irdnsintg21rdcos/d1ni

9、3n2nirACBPDri3.3.薄膜干涉薄膜干涉 / / 二、薄膜干涉公式二、薄膜干涉公式未考虑半波损失时未考虑半波损失时 、 光光的的光程差光程差：irdnsintg21-rdncos/22)sinsin(cos212rinnrd-由折射定律由折射定律rninsinsin21)sin1 (cos222rrdn-rrdn22coscos2rdncos22rdn22sin12-innd22122sin2-3.3.薄膜干涉薄膜干涉 / / 二、薄膜干涉公式二、薄膜干涉公式rdncos22考虑半波损失：考虑半波损失：1ni2nd3n321nnn321nnn321nnn321nnn光程差不附加光程差

10、不附加2光程差附加光程差附加2未考虑半波损失时未考虑半波损失时3.3.薄膜干涉薄膜干涉 / / 二、薄膜干涉公式二、薄膜干涉公式2光程差光程差1ni2nd3n2)12(kk )2 ,1( k )2 ,1 ,0(k加强加强减弱减弱2cos22rdn3.3.薄膜干涉薄膜干涉 / / 二、薄膜干涉公式二、薄膜干涉公式3.3.薄膜干涉薄膜干涉 / / 二、薄膜干涉公式二、薄膜干涉公式equal inclination interference1.增透膜增透膜使膜上下两表面的反射光使膜上下两表面的反射光满足减弱条件。满足减弱条件。2)12(k )2 ,1 ,0(k减弱减弱2cos22rdn3.3.薄膜干

11、涉薄膜干涉 / / 三、镀膜技术三、镀膜技术例如：例如：高级的照相机由高级的照相机由 6 个以上透镜组成，要个以上透镜组成，要镀增透膜，或减反膜。镀增透膜，或减反膜。可使光通量增加可使光通量增加 10 倍。倍。例：例：镜头镀镜头镀 MgF2 薄膜（薄膜（n2=1.38） ，镜头，镜头（n3= =1.52），使对人眼和感光底片最敏感），使对人眼和感光底片最敏感的黄绿光的黄绿光 = 555 nm 反射最小，光垂直照反射最小，光垂直照射，求：射，求：薄膜最小厚度。薄膜最小厚度。解：解：2)12(k )2 ,1 ,0(k减弱减弱dn221cos r321nnn3.3.薄膜干涉薄膜干涉 / / 三、镀膜

12、技术三、镀膜技术24)12(nkdk=0, ,膜最薄膜最薄24ndm1017-38.14105559-通常通常 k 取取 1，243ndm1037-蓝紫光反射加强，看蓝紫光反射加强，看到镜头表面为蓝紫色。到镜头表面为蓝紫色。3.3.薄膜干涉薄膜干涉 / / 三、镀膜技术三、镀膜技术2.增反膜增反膜增加反射光，减少透光量，增加反射光，减少透光量，使膜上下两使膜上下两表面的反射光表面的反射光满足加强条件满足加强条件。k )2 ,1( k加强加强2cos22rdn3.3.薄膜干涉薄膜干涉 / / 三、镀膜技术三、镀膜技术3.3.薄膜干涉薄膜干涉 / / 三、镀膜技术三、镀膜技术干耀国干耀国设计制作设

13、计制作3.3.薄膜干涉薄膜干涉4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环n等厚干涉：等厚干涉： equal thickness interference equal thickness interference 在在同一干涉条纹下薄膜厚度相同。同一干涉条纹下薄膜厚度相同。很小 4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 一、劈尖一、劈尖n2)12(kk )2 ,1( k )2 ,1 ,0(k加强加强减弱减弱22knd，1cos r321nnn4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 一、劈尖一、劈尖1. .劈棱处劈棱处dk= =0,光程差为光程差

14、为22knd2劈棱处为暗纹劈棱处为暗纹kd2. .第第 k 级暗纹处劈尖厚度级暗纹处劈尖厚度2)12(k22knd由由nkdk24.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 一、劈尖一、劈尖kd1kdl3. .相邻暗纹劈尖厚度差相邻暗纹劈尖厚度差kkddd-1nknk221-)(n2d4. .相邻条纹间距相邻条纹间距sindl很小， sin4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 一、劈尖一、劈尖nl2nnl24.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 一、劈尖一、劈尖4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 一、劈尖一

15、、劈尖的应用的应用1. .测量微小物体的厚度测量微小物体的厚度dLLd由由nl2nlLd2有有4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 二、劈尖的应用二、劈尖的应用dL例：测量钢球直径例：测量钢球直径波长波长589.3nm的钠的钠黄光垂直照射黄光垂直照射 L=20mm 的的空气空气劈尖，测得条纹间劈尖，测得条纹间距为距为m1018.14-求：钢球直径求：钢球直径 dnlLd2解：解：4391018.121020103 .589-m1055-4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 二、劈尖的应用二、劈尖的应用2. .检测待测平面的检测待测平面的平整度平整

16、度 由于同一条纹由于同一条纹下的空气薄膜厚度下的空气薄膜厚度相同，当待测平面相同，当待测平面上出现沟槽时条纹上出现沟槽时条纹向左弯曲。向左弯曲。待测平面待测平面光学平板玻璃光学平板玻璃4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 二、劈尖的应用二、劈尖的应用4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 二、劈尖的应用二、劈尖的应用4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 三、牛顿环三、牛顿环oR4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 三、牛顿环三、牛顿环oR由于由于321nnn光程差附加光程差附加2)12(kk )2 ,

17、1( k )2 ,1 ,0(k加强加强减弱减弱22knd1n2n3n2/项。项。中心中心 dk= =0,2为暗环。为暗环。4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 三、牛顿环三、牛顿环1. .kr与与kd间的关系间的关系222)(kkdRRr-Rdk222kkkdRdr-kkRdr22Rrdkk22oR1n2n3nkrkd4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 三、牛顿环三、牛顿环212)(kk 21( ), k 210(),k加强加强减弱减弱22knd22Rnrk2. .牛顿环半径牛顿环半径明环明环kRnrk22nRkrk-21 )2 ,1( k4.

18、4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 三、牛顿环三、牛顿环Rrdkk22暗环暗环21222)(kRnrknkRrk 210(),k条纹不是等距分布条纹不是等距分布4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 三、牛顿环三、牛顿环3. .牛顿环牛顿环 应用应用测量未知单色波长测量未知单色波长测量第测量第 k 级和第级和第 m 级暗环半径级暗环半径 rk、rmnkRrknkRmRrrkm-22Rkmnrrkm)()(-224.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 三、牛顿环三、牛顿环检测光学镜头表面曲率是否合格检测光学镜头表面曲率是否合格验规

19、验规4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环 / / 三、牛顿环三、牛顿环作业：练习作业：练习18干耀国干耀国设计制作设计制作4.4.等厚干涉、劈尖、牛顿环等厚干涉、劈尖、牛顿环3.3.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪3.3.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪3.3.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪 机械波传播需要机械波传播需要媒质，光波传播人们媒质，光波传播人们认为也需要媒质认为也需要媒质- - “ “以太以太 ether ether ” ” 。 地球绕太阳公地球绕太阳公转的速度大约转的速度大约30km/s, ,地球上应感地球上应感到到 “以太风以太风” 的存的存在。在。迈克尔孙和莫雷设计迈克

20、尔孙和莫雷设计干涉仪，干涉仪， 测量以太风。测量以太风。3.3.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪2G1G半透半半透半反膜反膜2M1M补偿板补偿板M2移动移动 / 2 可观察可观察到移动一个条纹到移动一个条纹，当，当移动移动M2移动了移动了N 个个条纹条纹则则 d ，。，。2Nd可测量波长级可测量波长级 10-7m 的微小位移。的微小位移。1M3.3.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪 当当 M2 M1 时，时， M2 / / M1 , ,所观察到的是所观察到的是等等倾干涉条纹倾干涉条纹，即，即相同倾相同倾角角下光程差相同。下光程差相同。3.3.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪3.3.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干

21、涉仪3.3.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪干耀国干耀国设计制作设计制作3.3.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪6.6.光的衍射光的衍射 光在传播过程中遇到障碍物，光波会光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物继续传播。绕过障碍物继续传播。6.6.光的衍射光的衍射 / / 一、光的衍射现象一、光的衍射现象 惠更斯原理惠更斯原理 principle of huygensprinciple of huygens波波在媒质中传播到的各点，都可看成新的子在媒质中传播到的各点，都可看成新的子波源。波源。 菲涅耳原理菲涅耳原理 principle of fresnelprinciple of fresnel波传

22、波传播到某一点的光强为各个子波在观察点的播到某一点的光强为各个子波在观察点的干涉叠加。干涉叠加。6.6.光的衍射光的衍射 / / 二、惠更斯二、惠更斯- -菲涅耳原理菲涅耳原理干耀国干耀国设计制作设计制作6.6.光的衍射光的衍射7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射LfoBAPxC7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射a用用 / / 2 分割分割 ，过等分点作，过等分点作 BC 的平行线，的平行线，等分点将等分点将 AB 等分等分-将单缝分割成数个半将单缝分割成数个半波带。波带。LfoaBAPxC7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 / / 一、半波带法一、半波带法LfoaBAPxC分

23、割成偶数个半波带，分割成偶数个半波带，分割成奇数个半波带，分割成奇数个半波带，P 点为暗纹。点为暗纹。P 点为明纹。点为明纹。7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 / / 一、半波带法一、半波带法LfoaBAPxCsina22k)2 ,1(k减弱减弱212）（k)2 ,1(k加强加强7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 / / 二、加强减弱条件二、加强减弱条件LfoaBAPxCftgx，sinfafk)2 ,1(k暗纹暗纹afk212）（)2 ,1(k明纹明纹x角很小7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 / / 三、明纹暗纹位置三、明纹暗纹位置LfoaBAPxCI1122331.

24、. 暗纹位置暗纹位置afx1两条两条afkx7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 / / 三、明纹暗纹位置三、明纹暗纹位置)2 ,1(kLfoaBAPxCI11223311222. . 明纹位置明纹位置afx231两条两条afkx212）（7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 / / 三、明纹暗纹位置三、明纹暗纹位置)2 ,1(kLfoaBAPxCI1122333. .中央明纹宽度中央明纹宽度0l102xlaf27.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 / / 三、明纹暗纹位置三、明纹暗纹位置4. . 条纹间距条纹间距相邻暗纹间距相邻暗纹间距kkxxx-1afkafk-)1(af20l

25、相邻明纹间距相邻明纹间距kkxxx-1afkafk2)12(21)1(2-af20l7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 / / 三、明纹暗纹位置三、明纹暗纹位置条纹间距条纹间距afxxaf、衍射现象明显。衍射现象明显。波长对衍射条纹的影响波长对衍射条纹的影响7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 / / 四、讨论四、讨论缝宽对衍射条纹的影响缝宽对衍射条纹的影响7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 / / 四、讨论四、讨论单缝位置对衍射条纹的影响单缝位置对衍射条纹的影响7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 / / 四、讨论四、讨论7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射 干耀国干

26、耀国设计制作设计制作7.7.夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射1. .爱里斑爱里斑 Airy diskAiry disk第一级暗环直径第一级暗环直径 d 为爱里斑直径。为爱里斑直径。f镜头直径镜头直径 D 。dD8.8.圆孔衍射圆孔衍射 / / 一、夫琅禾费圆孔衍射一、夫琅禾费圆孔衍射fd2爱里斑对透爱里斑对透镜中心张角镜中心张角: :fd2D44.2D8.8.圆孔衍射圆孔衍射 / / 一、夫琅禾费圆孔衍射一、夫琅禾费圆孔衍射两个点光源相距较远，两个点光源相距较远，能分辨。能分辨。1S2S08.8.圆孔衍射圆孔衍射 / / 二、光学仪器分辨率二、光学仪器分辨率1S2S0两爱里斑中心距离为爱里斑的

27、半径时，两爱里斑中心距离为爱里斑的半径时，恰能分辨恰能分辨-Rayleigh criterion。2/d恰能分辨恰能分辨8.8.圆孔衍射圆孔衍射 / / 二、光学仪器分辨率二、光学仪器分辨率1. .瑞利判据瑞利判据 Rayleigh criterionRayleigh criterion两点光源继续靠近两点光源继续靠近1S2S00不能分辨不能分辨2. .光学仪器分辨率光学仪器分辨率 最小分辨角的倒数最小分辨角的倒数018.8.圆孔衍射圆孔衍射 / / 二、光学仪器分辨率二、光学仪器分辨率fd2/0D22.103. .最小分辨角最小分辨角 angle of minimum resolutionD

28、fd44.2由由1S2S02/d恰能分辨恰能分辨8.8.圆孔衍射圆孔衍射 / / 二、光学仪器分辨率二、光学仪器分辨率22.110D光学仪器分辨率光学仪器分辨率光学镜头直径越大，分辨率越高。光学镜头直径越大，分辨率越高。 一般天文望远镜的口径都很大，世界一般天文望远镜的口径都很大，世界上最大的天文望远镜在智利，直径上最大的天文望远镜在智利，直径16米，米，由由4片透镜组成。片透镜组成。D22.108.8.圆孔衍射圆孔衍射 / / 二、光学仪器分辨率二、光学仪器分辨率22.110D采用波长较短的光，也可提高分辨率。采用波长较短的光，也可提高分辨率。电子显微镜电子显微镜electronic ele

29、ctronic microscopemicroscope用加速的电用加速的电子束代替光束，其波子束代替光束，其波长约长约 0.1nm，用它来，用它来观察分子结构。观察分子结构。8.8.圆孔衍射圆孔衍射 / / 二、光学仪器分辨率二、光学仪器分辨率8.8.圆孔衍射圆孔衍射 / / 二、光学仪器分辨率二、光学仪器分辨率干耀国干耀国设计制作设计制作8.8.圆孔衍射圆孔衍射 大量等宽等间距的平行狭缝大量等宽等间距的平行狭缝( (或反或反射面射面) )构成的光学元件。构成的光学元件。衍射光栅衍射光栅 (透射光栅透射光栅)反射光栅反射光栅(闪耀光栅闪耀光栅)从工作原理分从工作原理分9.9.衍射光栅衍射光栅

30、 / / 一、光栅一、光栅机制光栅机制光栅全息光栅全息光栅 holographic gratingholographic grating1. .光栅制作光栅制作9.9.衍射光栅衍射光栅 / / 二、衍射光栅二、衍射光栅光栅形成的光谱线，尖锐、明亮。光栅形成的光谱线，尖锐、明亮。单缝衍射条纹单缝衍射条纹光栅衍射谱线光栅衍射谱线9.9.衍射光栅衍射光栅 / / 二、衍射光栅二、衍射光栅2. .光栅常数光栅常数 grating constantgrating constantbadba透光缝宽度透光缝宽度 a不透光缝宽度不透光缝宽度 b光栅常数光栅常数dkf9.9.衍射光栅衍射光栅 / / 三、光栅

31、方程三、光栅方程k)2 ,1 ,0(ksin)(ba加强加强用平行光垂直照射，相邻两条光线的光程差用平行光垂直照射，相邻两条光线的光程差oxPtg fx 很小时很小时tgsinbafkx )2 ,1 ,0(k明纹明纹badkfoxPksin)(ba例：例：用用= 632.8 nm的激光照射的激光照射d = 1/300 mm的光栅上，问最多能看到几条谱线。的光栅上，问最多能看到几条谱线。解：解：在分光计上观在分光计上观察谱线，最大衍射察谱线，最大衍射角为角为 90, ,ksin)(ba90sin)(maxbakdfoxP9.9.衍射光栅衍射光栅 / / 四、谱线位置四、谱线位置取取5maxk能观

32、察到的谱线为能观察到的谱线为11条：条：。，5 4 3 2 1 0 12345-93108 .632300101-3 . 590sin)(maxbak9.9.衍射光栅衍射光栅 / / 四、谱线位置四、谱线位置作业：练习作业：练习19 光栅中各主极大受到单缝衍射光强的调光栅中各主极大受到单缝衍射光强的调制。光栅明纹恰满足单缝衍射暗纹制。光栅明纹恰满足单缝衍射暗纹0 0I单单-2-2-1-11 12 2I0 04 48 8-4-4-8-8单缝衍射单缝衍射 轮廓线轮廓线光栅衍射光栅衍射光强曲线光强曲线9.9.衍射光栅衍射光栅 / / 五、缺级现象五、缺级现象9.9.衍射光栅衍射光栅 / / 五、缺级

33、现象五、缺级现象单缝衍射单缝衍射减弱减弱条件条件: :sinka光栅衍射光栅衍射加强加强条件：条件：kbasin)(kkabam)( 为整数m3. .缺级条件缺级条件I单单0 0-2-2-1-11 12 2I0 04 48 8-4-4-8-8单缝衍射单缝衍射 轮廓线轮廓线光栅衍射光栅衍射光强曲线光强曲线9.9.衍射光栅衍射光栅 / / 五、缺级现象五、缺级现象m、2m、3m等处缺级。等处缺级。I单单0 0-2-2-1-11 12 2I0 04 48 8-4-4-8-8单缝衍射单缝衍射 轮廓线轮廓线光栅衍射光栅衍射光强曲线光强曲线当当 m= =4 时时谱线中的第谱线中的第 8、 4、4、8级条纹

34、缺级。级条纹缺级。9.9.衍射光栅衍射光栅 / / 五、缺级现象五、缺级现象干耀国干耀国设计制作设计制作9.9.衍射光栅衍射光栅1895年德国物理学家伦琴年德国物理学家伦琴W.K.RontgenW.K.Rontgen用克鲁斯克管的阴极射线作实验，发现附用克鲁斯克管的阴极射线作实验，发现附近桌上的荧光屏上发出了光，伦琴用一张近桌上的荧光屏上发出了光，伦琴用一张黑纸挡住管子，荧光仍存在，而用一片金黑纸挡住管子，荧光仍存在，而用一片金属板就挡住了，他称这种射线为属板就挡住了，他称这种射线为 X 射线。射线。 历史上第一张历史上第一张X射线照片，就是伦琴拍射线照片，就是伦琴拍摄他夫人手的照片。由于摄他

35、夫人手的照片。由于X射线的发现具射线的发现具有重大的理论意义和实用价值，伦琴于有重大的理论意义和实用价值，伦琴于1901年获得首届诺贝尔物理学奖。年获得首届诺贝尔物理学奖。10. 10. X射线衍射射线衍射 / / 一、一、 X射线射线 10. 10. X射线衍射射线衍射 / / 一、一、 X射线射线 伦琴夫人看了照片后害怕地说：这简伦琴夫人看了照片后害怕地说：这简直象魔鬼的手。直象魔鬼的手。10. 10. X射线衍射射线衍射 / / 一、一、 X射线射线 10. 10. X射线衍射射线衍射 / / 一、一、 X射线射线 X 射线射线冷却液冷却液1. 穿透力很强，波长很短穿透力很强，波长很短n

36、m1001042-2. 在在 E E、B B 中不偏转，为电磁波。中不偏转，为电磁波。衍射现象很小。衍射现象很小。金属靶金属靶克鲁斯克管克鲁斯克管10. 10. X射线衍射射线衍射 / / 二、二、 X射线性质射线性质 1912年德国慕尼黑大学教授冯年德国慕尼黑大学教授冯劳厄劳厄 M.von 用晶体拍摄出用晶体拍摄出X射线衍射照片。射线衍射照片。由于晶格常数约由于晶格常数约10nm，与，与 X 射线波长接射线波长接近，衍射现象明显。近，衍射现象明显。劳厄于劳厄于1914年获诺贝年获诺贝尔物理学奖。尔物理学奖。单晶片单晶片X X射线射线照相底片照相底片10. 10. X射线衍射射线衍射 / /

37、三、三、 劳厄斑劳厄斑 1913年英国的布拉格父子，提出了年英国的布拉格父子，提出了另一种精确研究另一种精确研究 X 射线的方法，并作出射线的方法，并作出了精确的定量计算。了精确的定量计算。由于父子二人在由于父子二人在X射射线研究晶体结构方面作出了巨大贡献，线研究晶体结构方面作出了巨大贡献，于于1915年共获诺贝尔物理学奖。年共获诺贝尔物理学奖。10. 10. X射线衍射射线衍射 / / 四、四、 布拉格公式布拉格公式 掠射角掠射角 : : X 射线与晶面夹角射线与晶面夹角晶格常数晶格常数 lattice constant lattice constant ddABEBAEEsin2dkdsi

38、n2)2 ,1 ,0(k加强加强布拉格公式布拉格公式 Braggs equationBraggs equation10. 10. X射线衍射射线衍射 / / 四、四、 布拉格公式布拉格公式 干耀国干耀国设计制作设计制作10. 10. X射线衍射射线衍射 1. .机械横波特点：机械横波特点：播播传传方方向向振振动动面面11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 一、一、 自然光、偏振光自然光、偏振光 播播传传方方向向振振动动面面2. .光波的特点：光波的特点：E EE E11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 一、一、 自然光、偏振光自然光、偏振光 3. .自然光自然光 4. .偏振光偏振光-线

39、偏振光线偏振光 5. .部分偏振光部分偏振光 partially polarized lightpartially polarized light11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 一、一、 自然光、偏振光自然光、偏振光 1. .偏振片偏振片 polarizing discpolarizing disc2. .偏振化方向偏振化方向 polarized directionpolarized direction允许特定光振动通过的方向允许特定光振动通过的方向3. .起偏起偏 polarizepolarize将自然光转变成偏振光的过程。将自然光转变成偏振光的过程。1P11. 11. 光的偏振光

40、的偏振 / / 二、二、 偏振片、起偏与检偏偏振片、起偏与检偏 4. .检偏检偏 polarization analyzepolarization analyze检测偏振光的过程。检测偏振光的过程。1P2P11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 二、二、 偏振片、起偏与检偏偏振片、起偏与检偏 11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 二、二、 偏振片、起偏与检偏偏振片、起偏与检偏 11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 三、三、 马吕斯定律马吕斯定律 2P1P0I1I2I2P1P2AA1A11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 三、三、 马吕斯定律马吕斯定律 cos12AA，2AI212

41、212AAII21221cosAA2cos212cosII20cos21I212cosII20cos21I讨论：讨论：1. .当当 或0时，时，12II2. .当当232或时，时，02I11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 三、三、 马吕斯定律马吕斯定律 2P1P0I1I2I立体电影立体电影 stereoscopic film stereoscopic film 11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 三、三、 马吕斯定律马吕斯定律 例例1. .两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线透过。当其中一偏振入射其上时没有光线透过。当其中一偏振片慢

42、慢转动片慢慢转动180 时透射光强度发生的变化时透射光强度发生的变化为为: : B （A）光强单调增加；）光强单调增加；（B）光强先增加，后有减小至零；）光强先增加，后有减小至零；（C）光强先增加，后减小，再增加；）光强先增加，后减小，再增加；（D）光强先增加，然后减小，再增加再）光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。减小至零。11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 三、三、 马吕斯定律马吕斯定律 例例2. .已知：已知：P P1 1 P P3 3 ， P P2 2以以w 绕轴旋转，绕轴旋转，入射自然光的光强为入射自然光的光强为 I0。证明：证明： 通过通过P P3 3的的光强为光强为16

43、/)4cos1 (0tIIw-w自然光I01P2P3PI2sincos220I,时刻证明：由图所示，在t82sin20I-2cos22IIP3P2P1w-2w自然光I01P2P3PII1I2,2/01IIcos212II11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 三、三、 马吕斯定律马吕斯定律 16)4cos1 (0-I16)4cos1 (0tIw-82sin20IIw自然光I01P2P3PII1I2P3P2P1w-211. 11. 光的偏振光的偏振 / / 三、三、 马吕斯定律马吕斯定律 11. 11. 光的偏振光的偏振 / / 三、三、 马吕斯定律马吕斯定律 干耀国干耀国设计制作设计制作11

44、. 11. 光的偏振光的偏振 自然光入射到媒质表面时，反射光和自然光入射到媒质表面时，反射光和折射光都是部分偏振光。折射光都是部分偏振光。i1n2n13.13.反射光与折射光的偏振反射光与折射光的偏振 / / 一、二、布儒斯特定律一、二、布儒斯特定律0i1n2n0i0r200ri证明：证明：折射定律折射定律1200nnrisinsin布儒斯特定律布儒斯特定律12000tgnniiicossin13.13.反射光与折射光的偏振反射光与折射光的偏振 / / 一、二、布儒斯特定律一、二、布儒斯特定律布儒斯特角布儒斯特角 Brewster angle当当120tgnni反射光为偏振光，折射光为部反射光

45、为偏振光，折射光为部偏振光，反射线与折射线垂直。偏振光，反射线与折射线垂直。0000cossinsinsiniiri00cossinir-02sini002ir-200ri证毕证毕即反射线与折射线垂直。即反射线与折射线垂直。0i1n2n0i0r13.13.反射光与折射光的偏振反射光与折射光的偏振 / / 一、二、布儒斯特定律一、二、布儒斯特定律120tgnni玻璃玻璃n2=1.5 ，3 .560i水水n2=1.33 ，1 .530i 玻璃堆可产生玻璃堆可产生较强的反射偏振光。较强的反射偏振光。0r0i0i13.13.反射光与折射光的偏振反射光与折射光的偏振 / / 三、玻璃堆三、玻璃堆13.1

46、3.反射光与折射光的偏振反射光与折射光的偏振 / / 三、玻璃堆三、玻璃堆例例. .一束自然光自空气射向一束自然光自空气射向一块平板玻璃一块平板玻璃(如图如图)，设，设入射角等于布儒斯特角入射角等于布儒斯特角i0，则在界面则在界面 2 的反射光的反射光 B （A）光强为零；）光强为零；（B）是完全偏振光且光矢量的振动方向）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面；垂直于入射面；（C）是完全偏振光且光矢量的振动方）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面；向平行于入射面；（D）是部分偏振光。）是部分偏振光。13.13.反射光与折射光的偏振反射光与折射光的偏振 / / 三、玻璃堆三、玻璃堆i0

47、12干耀国干耀国设计制作设计制作13.13.反射光与折射光的偏振反射光与折射光的偏振 当一束自然光穿过双折射晶体时，分成当一束自然光穿过双折射晶体时，分成两束偏振光。如方解石两束偏振光。如方解石 calcite calcite 晶体。晶体。14.14.双折射、偏振棱镜双折射、偏振棱镜 / / 一、双折射现象一、双折射现象14.14.双折射、偏振棱镜双折射、偏振棱镜 / / 一、双折射现象一、双折射现象1. .寻常光寻常光 o光光 服从折射定律，光沿各向服从折射定律，光沿各向速度相同，各向速度相同，各向 no 相同，为偏振光。相同，为偏振光。光o14.14.双折射、偏振棱镜双折射、偏振棱镜 /

48、/ 二、寻常光、非常光二、寻常光、非常光 2. .非常光非常光 e光光不服从折射定律，光沿各不服从折射定律，光沿各向传播速度不相同，各向向传播速度不相同，各向 ne 不相同，为不相同，为偏振光。偏振光。光e通信通信1. .光轴光轴 optic axis optic axis 在该方向上在该方向上o光、光、e光光速相同，折射光光速相同，折射率相同，两光线重合。率相同，两光线重合。AB5 .1015 .78平行于光轴方向平行于光轴方向， eonno、e光重合光重合垂直于光轴方向垂直于光轴方向no 、ne相差最大，相差最大， o、e光偏离最大。光偏离最大。14.14.双折射、偏振棱镜双折射、偏振棱镜

49、 / / 三、光轴主平面正负晶体三、光轴主平面正负晶体2. .主平面主平面 - - 主截面主截面 principal sectionprincipal section 晶体内任一光线和光轴所决定的平面晶体内任一光线和光轴所决定的平面为此光线的主平面。为此光线的主平面。o光的振动方向与它的主平面垂直，光的振动方向与它的主平面垂直，e光光.平行。平行。光o光e光轴光轴7114.14.双折射、偏振棱镜双折射、偏振棱镜 / / 三、光轴主平面正负晶体三、光轴主平面正负晶体方解石方解石3. .正负晶体正负晶体正晶体正晶体 positive crystalpositive crystaleonn负晶体负晶体 negative crystalnegative crystaleonn如方解石晶体如方解石晶体 calcitecalcite如石英晶体如石英晶体 quartzquartz552.1 ,543.1eonn468.1 ,658.1eonn14.14.双折射、偏振棱镜双折射、偏振棱镜 / / 三、光轴主平面正负晶体三、光轴主平面正负晶体904868光轴光轴加拿大胶加拿大胶658.1on468.1en55.1n光e光