物理学光的波动性课件

1、内容：1、光的干涉 2、光的衍射 3、光的偏振光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素。光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素。牛顿：牛顿：光是由光是由“光微粒光微粒”组成的，是一种机械观；组成的，是一种机械观；惠更斯、托马斯惠更斯、托马斯杨、菲涅耳：杨、菲涅耳：光是介质中传播的波；光是介质中传播的波； 能发生干涉、衍射。能发生干涉、衍射。麦克斯韦的电磁理论：麦克斯韦的电磁理论：光是一种电磁波。光是一种电磁波。光电效应光电效应 康普顿散射：康普顿散射：光具有粒子性，这种粒子称做光具有粒子性，这种粒子称做“光量子光量子”，德布罗意：德布罗意：所有物质都具有波粒二象性。所有物质都具有波粒二象性。

2、光的两种互补性质光的两种互补性质：在传播过程中显示波动性，：在传播过程中显示波动性，与其他物质相互作用时显示粒子性。与其他物质相互作用时显示粒子性。主主 要要 内内 容容1、光的干涉、光的干涉 光的相干性光的相干性 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 薄膜干涉薄膜干涉 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪2、光的衍射、光的衍射 惠更斯惠更斯 菲涅耳原理菲涅耳原理 单缝衍射单缝衍射 衍射光栅衍射光栅 光学仪器的分辩本领光学仪器的分辩本领 X 射线衍射射线衍射3、光的偏振、光的偏振 自然光和偏振光自然光和偏振光 双折射双折射 可见光可见光(visible light)：能引起人的视觉的：能引起人的视觉的电磁波电磁波

3、，真空，真空中的波长中的波长 400 nm 760 nm。热光源：处于热激发态的原子的自发辐射热光源：利用热能激发。如太阳、白炽灯冷光源：利用化学能、电能或光能激发。如磷光、辉光普通光源激光光源光源- 13.6 e V- 3.4 e V- 1.5 e V例子：氢原子的发光模型例子：氢原子的发光模型光波列光波列 在热激发下原子跃在热激发下原子跃迁至高能级激发态，迁至高能级激发态，由于激发态不稳定由于激发态不稳定，从高能级跃迁跃迁从高能级跃迁跃迁至低能级，发出光至低能级，发出光波列。跃迁过程的波列。跃迁过程的持续时间约为持续时间约为 10-8 s。各原子或同一原子，每次发出的波列，其频率和振动各原

4、子或同一原子，每次发出的波列，其频率和振动方向可能不同，每次何时发光不确定。方向可能不同，每次何时发光不确定。来自两个光源或同一光源两部分的光，不满足相干条来自两个光源或同一光源两部分的光，不满足相干条件，叠加时在空间不能产生稳定的干涉现象。件，叠加时在空间不能产生稳定的干涉现象。两束光发生两束光发生干涉（干涉（interference）的条件：的条件：具有相同的频率、振动方向相同、有固定的相位关系。具有相同的频率、振动方向相同、有固定的相位关系。单色光：单色光：具有单一频率（波长）的光。实际具有单一频率（波长）的光。实际的单色光都有一定的谱线宽度。光的单色性的单色光都有一定的谱线宽度。光的单

5、色性越好，相干长度（越好，相干长度（coherent length）越长。）越长。I0用单色性好的点光源，把光线分成两部分，然后再叠加。用单色性好的点光源，把光线分成两部分，然后再叠加。（取自同一原子的同一次发光）（取自同一原子的同一次发光）pS * *分波阵面法分波阵面法p薄膜薄膜S S * *分振幅法分振幅法1801年，英国人托马斯年，英国人托马斯 杨（杨（ T. Young ）成功地做了一）成功地做了一个具有判别意义的、关于光的性质的关键性实验。在观个具有判别意义的、关于光的性质的关键性实验。在观察屏上有明暗相间的等间距条纹，这只能用光是一种波察屏上有明暗相间的等间距条纹，这只能用光是一

6、种波来解释。杨还由此实验测出了光的波长。来解释。杨还由此实验测出了光的波长。 r2r1 xPSs1s2DdoS1 和和 S2 是同相波源。是同相波源。实实验中，双缝和屏间距验中，双缝和屏间距D一一般般 约约 1 m ，而，而 双缝间距双缝间距d 约约 10-4 m。两条光路的两条光路的波程差波程差：sin12drrDxtgsindxD根据干涉原理，波程差决定了干涉的强弱效果：根据干涉原理，波程差决定了干涉的强弱效果： 波程差为波程差为波长波长的整数倍时，干涉极大；的整数倍时，干涉极大； 波程差为波程差为半波长半波长的奇数倍时，干涉极小。的奇数倍时，干涉极小。0 级明纹级明纹1 级明纹级明纹2

7、级明纹级明纹1 级明纹级明纹2 级明纹级明纹1 级暗纹级暗纹2 级暗纹级暗纹1 级暗纹级暗纹2 级暗纹级暗纹当当 时，干涉极大，时，干涉极大，即：即： ，k = 0 , 1 , 2 , ，处为明条纹。处为明条纹。dxkD Dxkd (21)2k 当当 时，干涉极小，时，干涉极小，即：即： ，k = 1 , 2 , ，处为暗条纹。处为暗条纹。(21)2Dxkd 相邻两明纹或暗纹间的距相邻两明纹或暗纹间的距离离dDx所指明纹或暗纹间的位置是指所指明纹或暗纹间的位置是指明条纹或暗条纹的中心位置。明条纹或暗条纹的中心位置。条纹间距与波长成正比条纹间距与缝间距成反比干涉项干涉项xoIcos2212221

8、2AAAAAcos22121IIIII4I11、双缝干涉形成等间距的明暗条纹。双缝间距、双缝干涉形成等间距的明暗条纹。双缝间距 d 愈小愈小，干涉条纹间距，干涉条纹间距x 愈大，愈大，干涉愈明显干涉愈明显。d大到一定程度大到一定程度，条纹间距小于，条纹间距小于0.1 mm时，肉眼观察不到干涉现象。时，肉眼观察不到干涉现象。2、愈大，则条纹间距大；愈大，则条纹间距大；复色光源复色光源做实验时，红光在做实验时，红光在外，紫光在内。外，紫光在内。3、要使条纹分得开，还需要、要使条纹分得开，还需要D大。大。MN劳埃德镜劳埃德镜ABS1S2劳埃德（劳埃德（H. Lloyd）镜：当经平面镜反射镜：当经平面

9、镜反射的光线，与直接射到的光线，与直接射到屏幕上的光相遇，发屏幕上的光相遇，发生干涉，出现干涉条生干涉，出现干涉条纹。纹。当将屏幕移近到镜当将屏幕移近到镜面的一端时，发现接触处出现的是面的一端时，发现接触处出现的是暗条纹暗条纹！这一实验事！这一实验事实说明，从镜面反射的光，实说明，从镜面反射的光，发生了发生了 的相位突变的相位突变！半波损失：光从光疏介质到光密介质表面反半波损失：光从光疏介质到光密介质表面反射时，射时，反射光有半个波长的附加波程差反射光有半个波长的附加波程差。双面镜SS1S2d2MABDRdLDPSS1S2MNAB双棱镜光在不同介质中传播时，光在不同介质中传播时，频率不变而波长

10、改变频率不变而波长改变。在真空中。在真空中波长波长，到折射率为，到折射率为n的介质中变为的介质中变为 ：光在介质中传播时，经过几何路程光在介质中传播时，经过几何路程 r 的相位差：的相位差：n nrr22光程光程=nr光程：光在介质中经过的几何路径光程：光在介质中经过的几何路径r与该介质的折射率与该介质的折射率n的乘积的乘积ndr2r1)(212rnddr21()rdndr两束相干光的两束相干光的光程差为半波长的偶数倍光程差为半波长的偶数倍时，时，干涉加强（相长），干涉加强（相长），光程差为半波长的奇数光程差为半波长的奇数倍倍时，干涉减弱（相消）。时，干涉减弱（相消）。FABoFAB焦平面焦平

11、面2sin222122inne薄膜干涉：薄膜干涉：在扩展光源在扩展光源太阳或宽广光源的自然光的照太阳或宽广光源的自然光的照射下，油膜等薄膜表面会出现彩色的干涉图样。薄膜干涉射下，油膜等薄膜表面会出现彩色的干涉图样。薄膜干涉是利用分振幅法获得相干光的。是利用分振幅法获得相干光的。LP1n1n2nMNeiDC34E5A1rrB2发生干涉的两条发生干涉的两条2、3光光线的光程差为：线的光程差为：21()2n AB BCn AD半波损失in1n2en1等倾干涉环等倾干涉环2sin222122inne光程差决定于倾角光程差决定于倾角i，焦平面上同一干涉条纹（亮或暗），焦平面上同一干涉条纹（亮或暗）对应相

12、同的入射角。对应相同的入射角。222211,2,3,.2sin2(21)1,2,3,.2kke nnikk在等倾干涉条纹中：i k，越往内k值越大，i=0对应中央条纹，因此 中央条纹级次最大P1n1n2n1M2MeLiDC34E5A1B212nn 222t212sine nni透射光和反射光的干透射光和反射光的干涉条纹具有互补性涉条纹具有互补性 。0i222dn22dn1n1n2n1n3n2n123nnn当当 时：时：一、一、 劈尖干涉劈尖干涉夹角很小的两个平面所构成的薄膜夹角很小的两个平面所构成的薄膜rad 101054 ： 空气劈尖空气劈尖平行单色光平行单色光垂直照射垂直照射空气劈尖上，上

13、、下表面的空气劈尖上，上、下表面的反射光将产生干涉。反射光将产生干涉。n入射光垂直入射入射光垂直入射 ，厚度，厚度为为e 处处两条相干光线的两条相干光线的光程差：光程差：22 nee暗条纹明条纹2 , 1 , 02) 12(3 , 2 , 122kkkke干涉条件（空气劈尖）干涉条件（空气劈尖）劈尖上厚度相同的地方，两相干光的光程差相同，对劈尖上厚度相同的地方，两相干光的光程差相同，对应一定应一定k值的明或暗条纹值的明或暗条纹等厚干涉等厚干涉出现暗条纹出现暗条纹有有“半波损失半波损失”相邻两条纹对应的厚度差：相邻两条纹对应的厚度差：neekk212, 0e棱边处棱边处光程差决定于厚度，同一干涉

14、条纹对应的厚度相同，故光程差决定于厚度，同一干涉条纹对应的厚度相同，故称称等厚条纹等厚条纹。等厚条纹是一些与棱边平行的明暗相间的。等厚条纹是一些与棱边平行的明暗相间的直条纹。在棱边处形成暗条纹。直条纹。在棱边处形成暗条纹。空气劈尖任意相邻明条纹对应的空气劈尖任意相邻明条纹对应的厚度差：厚度差：21/eekk sinsineelkk21 任意相邻明条纹任意相邻明条纹(或暗条纹或暗条纹)之间的距离之间的距离 l 为：为：在入射单色光一定时，劈尖的楔角在入射单色光一定时，劈尖的楔角 愈小，则愈小，则l愈大，愈大，干涉条纹愈疏；干涉条纹愈疏； 愈大，则愈大，则l愈小，干涉条纹愈密。愈小，干涉条纹愈密。

15、当用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的当用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹。彩色直条纹。倾角增大，则条纹宽度减小；倾角增大，则条纹宽度减小；向上平移，倾角不变，厚度增加，则条纹宽度不变，向上平移，倾角不变，厚度增加，则条纹宽度不变， 条纹级次条纹级次增大，所以条纹向劈尖处移动。增大，所以条纹向劈尖处移动。条纹间距条纹间距sin2l2) 1222kke测微小厚度测微小厚度ise1n2n2ios干涉膨胀仪干涉膨胀仪0l12nNel2Ne 牛顿环干涉图样牛顿环干涉图样显微镜显微镜SLRre M半透半透半反镜半反镜T2222()22rRReReeReRre中央为暗斑（中央为暗斑（k

16、=0）的内疏外密的明暗相的内疏外密的明暗相间的同心圆环。间的同心圆环。22erR即：即： 。 因此因此暗环暗环半径：半径：kRr kRrk2Rmkrmk)(222 k mkrrRm暗条纹明条纹2 , 1 , 02) 12(3 , 2 , 122kkkke单色光源单色光源21MM 反反射射镜镜 2M反射镜反射镜1M21M,M与与 成成 角角04521/GG2G补偿板补偿板 分光板分光板 1G 移动导轨移动导轨1M反反射射镜镜 2M21MM 反射镜反射镜1M单色光源单色光源1G2G光程差光程差2 d 的像的像2M2Md1G2Gd2M2M1M两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光两相干光束

17、在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差。路中加入介质片的方法改变两光束的光程差。例如例如M1移动移动 d时，屏上干涉条纹移动（冒出或埋进）时，屏上干涉条纹移动（冒出或埋进）数目为数目为N：d2dN由此迈克尔逊干涉由此迈克尔逊干涉仪可用于测长度、仪可用于测长度、测折射率。测折射率。当两镜面相互严格垂当两镜面相互严格垂直时等效于平行平面间直时等效于平行平面间空气膜的等倾干涉；空气膜的等倾干涉；当镜面有夹角时等效于空气劈尖的等厚干涉当镜面有夹角时等效于空气劈尖的等厚干涉迈克耳孙迈克耳孙 莫雷实验（莫雷实验（1881年）关于年）关于寻找寻找“以太以太”的否定结果，

18、是相对论的的否定结果，是相对论的实验基础之一。实验基础之一。迈克耳孙干涉仪和以它为原型发迈克耳孙干涉仪和以它为原型发展起来的多种干涉仪有广泛的用展起来的多种干涉仪有广泛的用途，如可精密测量长度、折射率途，如可精密测量长度、折射率、光谱线的波长和精细结构等。、光谱线的波长和精细结构等。美国科学家迈克耳孙因发明干涉美国科学家迈克耳孙因发明干涉仪和对计量学的研究而获得了仪和对计量学的研究而获得了1907年的诺贝尔物理奖。年的诺贝尔物理奖。1892年，用迈克耳孙干涉仪测量了巴黎计量局的标准米尺年，用迈克耳孙干涉仪测量了巴黎计量局的标准米尺的长度，相当于的长度，相当于1553163.5个镉红光波长个镉红

19、光波长当光遇到的障碍物尺寸足够小时当光遇到的障碍物尺寸足够小时，发现屏上得不到这些物体清晰，发现屏上得不到这些物体清晰的几何投影，而是有光进入阴影的几何投影，而是有光进入阴影区内，产生区内，产生光的衍射现象光的衍射现象。针和线的衍射条纹针和线的衍射条纹不同大小的圆孔的衍射条纹不同大小的圆孔的衍射条纹方孔衍射方孔衍射网格衍射网格衍射圆孔衍射：圆孔衍射：单缝衍射：单缝衍射：PH*SG*S衍射分类衍射分类按照光源、衍射屏和接收屏的相对位置按照光源、衍射屏和接收屏的相对位置夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射光源与接收屏距衍射屏均为无限远光源与接收屏距衍射屏均为无限远缝缝1L2L在实验中实现在实验中实现夫琅禾费衍

20、射夫琅禾费衍射SRP菲涅耳衍射菲涅耳衍射缝缝PS光源和（或）接收屏距衍射屏有限远光源和（或）接收屏距衍射屏有限远惠更斯：波阵面上各点都看成是子波波惠更斯：波阵面上各点都看成是子波波源。源。定性解释光的传播方向问题。定性解释光的传播方向问题。惠更斯惠更斯(Christian Huygens, 1629-1695)，荷兰荷兰数学家、物理学家。发现土星的光环，发明了数学家、物理学家。发现土星的光环，发明了摆钟，对波动理论的发展起了重要作用摆钟，对波动理论的发展起了重要作用。菲涅耳：从同一波面上各点发出的子波菲涅耳：从同一波面上各点发出的子波，在空间相遇时，也将叠加而产生干涉，在空间相遇时，也将叠加而

21、产生干涉现象。现象。定量解释衍射图样中的强度定量解释衍射图样中的强度分布。分布。菲涅耳菲涅耳(Augustin Jean Fresnel，1788-1827)，法国物理学家、数学家。法国物理学家、数学家。惠更斯惠更斯菲涅耳原菲涅耳原理理:波在传播过程中，波在传播过程中，从同一波阵面从同一波阵面S上发出的上发出的子波，经传播而在空间子波，经传播而在空间某点相遇时，可相互叠某点相遇时，可相互叠加而产生干涉现象。加而产生干涉现象。图中图中P点的光振动就是由点的光振动就是由S上各点的上各点的ds面元的振动传播到面元的振动传播到P点，并叠加而成。点，并叠加而成。由此即可计算出空间各点的光振动。由此即可计

22、算出空间各点的光振动。SKL1L2E 单缝衍射夫琅和费实验装置图单缝衍射夫琅和费实验装置图菲涅耳衍射菲涅耳衍射(Fresnel Diffraction)： 衍射屏离光源或接收屏为有限距离的衍射。衍射屏离光源或接收屏为有限距离的衍射。夫朗和费衍射夫朗和费衍射(Fraunhofer Diffraction)： 衍射屏离光源或接收屏为无限远距离的衍射。衍射屏离光源或接收屏为无限远距离的衍射。P光源和观察屏都在距离衍射单缝光源和观察屏都在距离衍射单缝“无限远无限远”处。处。平行光垂直入射到缝宽为平行光垂直入射到缝宽为a的单缝上。显然，汇聚到焦的单缝上。显然，汇聚到焦平面处的屏中心的光线具有相同的光程，

23、因此出现亮平面处的屏中心的光线具有相同的光程，因此出现亮条纹。为了讨论在条纹。为了讨论在 任一点任一点P的的光振动合成的明暗情况光振动合成的明暗情况，引入引入“半波带半波带(half wave zone)”的概念的概念.BAsin2Na/2a考虑对应衍射角考虑对应衍射角 方向上的出方向上的出射光，它们将经透镜汇聚到射光，它们将经透镜汇聚到屏上屏上P点。现点。现将波阵面将波阵面 AB分分成若干个等宽长条带成若干个等宽长条带，分割，分割原则是：原则是：相邻条带的相应点相邻条带的相应点发出的光到达发出的光到达 P 点的光程差点的光程差为半个波长。为半个波长。当然半波带的当然半波带的个数个数与衍射角有

24、关：与衍射角有关：这样分割后相邻半波带的光，合成后为零。这样分割后相邻半波带的光，合成后为零。因此，因此，最终最终P点的明暗取决于这样的半波带的个数！点的明暗取决于这样的半波带的个数！sin(21)2ak 对奇数个半波带，则可得对奇数个半波带，则可得明条纹明条纹：sinak 对偶数个半波带，则可得对偶数个半波带，则可得暗条纹暗条纹：两式中的两式中的 k=1,2, ； =0是指是指条纹的中心位置。条纹的中心位置。半波带个数与条纹级数关系示意：半波带个数与条纹级数关系示意：第第1级明，级明，3个半波带个半波带第第2级明，级明，5个半波带个半波带第第1级暗，级暗，2个半波带个半波带第第2级暗，级暗，

25、4个半波带个半波带axf 0暗暗纹纹),k(ksina21 一级暗纹条件fxaatga00sin一一级级暗暗纹纹坐坐标标 afx 中央亮纹线宽度 2tan200affx中中央央亮亮纹纹半半角角宽宽度度 0a 1sina1sina 3. 相邻两衍射条纹间距相邻两衍射条纹间距条纹在接收条纹在接收屏上的位置屏上的位置a/fkx a/f)k(x212 暗纹中心暗纹中心明纹中心明纹中心21 ,k其它各级明条纹的宽度为中央明条纹宽度的一半。其它各级明条纹的宽度为中央明条纹宽度的一半。中中央央亮亮纹纹线线宽宽度度 22afxx a当当缝缝宽宽 x 中中央央亮亮纹纹线线宽宽度度af)k(xakfxkk 11

26、afxxxkk 11sinIobb2b3bb2b3sinak 暗纹即干涉相消位置：暗纹即干涉相消位置：sin(21)2ak 明纹即干涉加强位置：明纹即干涉加强位置：a=0.16 mma=0.08 mma=0.04 mma=0.02 mm单缝衍射的激光实验照片，入射激光波长单缝衍射的激光实验照片，入射激光波长 =632.8nm。明条纹宽度反比于缝宽。明条纹宽度反比于缝宽。 越大，衍射效应越明显。越大，衍射效应越明显。PLH爱爱里里斑斑d：爱里斑直径：爱里斑直径ddfDLP21.22dfD 爱里斑的半角宽度爱里斑的半角宽度对于任一个物点（点光源），经物镜后所形成的像实际对于任一个物点（点光源），经

27、物镜后所形成的像实际不是一个点，而是圆孔衍射图样不是一个点，而是圆孔衍射图样, ,其主要部分为爱里斑。其主要部分为爱里斑。因此，当两个物点相距很近，就有因此，当两个物点相距很近，就有如何分辨的问题如何分辨的问题：物点物点对应对应像点（像斑）像点（像斑）对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的衍射图样的个点光源的衍射图样的主极大主极大刚好和另一点光源衍刚好和另一点光源衍射图样的射图样的第一极小第一极小相相重合重合，这时两个点光源（或物，这时两个点光源（或物点）点）恰为这一光学仪器所分辨恰为这一光学仪器所分辨(Just Resolved).

28、最小分辨角等于圆最小分辨角等于圆孔衍射的爱里斑的孔衍射的爱里斑的半角宽：半角宽：0111.22DR最小分辨角的倒数是最小分辨角的倒数是分辨率分辨率 (Resolving Power)，也称，也称分辨本领：分辨本领：01.22D可见增大望远镜的物镜直径可以提高分辨本领。可见增大望远镜的物镜直径可以提高分辨本领。1990 年发射的哈勃太空望远年发射的哈勃太空望远镜，其凹面镜的直径为镜，其凹面镜的直径为 2.4 m ，角分辨率约为，角分辨率约为 0.1，在大气层外在大气层外615 km 处绕地球处绕地球运行，可观察运行，可观察 130 亿光年远亿光年远的宇宙深景，发现了的宇宙深景，发现了 500 亿

29、亿个星系。个星系。 美国建造了直径达美国建造了直径达305米的米的抛物面射电望远镜，不能抛物面射电望远镜，不能转动，是世界上最大的单转动，是世界上最大的单孔径射电望远镜。孔径射电望远镜。德国建造了德国建造了100米直径的米直径的全向转动抛物面射电望远全向转动抛物面射电望远镜，是世界上最大的可转镜，是世界上最大的可转动单天线射电望远镜。动单天线射电望远镜。反射光栅：反射光栅：透射光栅：透射光栅：透光宽度透光宽度不透光宽度不透光宽度光栅常量：光栅常量：d=a+bab大量等宽等间距的平行狭缝（大量等宽等间距的平行狭缝（或反射面）构成的光学元件。或反射面）构成的光学元件。光栅宽度为光栅宽度为 l ，每

30、毫米缝数为每毫米缝数为 m ，则总缝数：，则总缝数：N=mlabdab sin (0,1,2,)dkk 干涉明纹位置干涉明纹位置相邻两缝间的光程差：相邻两缝间的光程差：()sinsinLabd 光栅常数：光栅常数：5610 10 m 光栅常数光栅常数衍射角衍射角a：透光部分的宽度：透光部分的宽度b：不透光部分的宽度：不透光部分的宽度光栅衍射条纹的形成光栅衍射条纹的形成光栅的衍射条纹是光栅的衍射条纹是单缝衍单缝衍射射和和多缝干涉多缝干涉的总效果。的总效果。sind 光栅方程光栅方程I II II IO OO OO Osinsin sinsin sinsin aadd2d3d4dd2d3d4dd2

31、d3d4dd2d3d4单缝衍射多缝干涉光栅衍射各主极大要各主极大要受单缝衍射受单缝衍射的调制。的调制。sinak()sinabk kabak对应某些对应某些 值按多光束干涉应出现某些级的主极大，正值按多光束干涉应出现某些级的主极大，正好落在单缝衍射的暗条纹上，而造成这些主极大缺失。好落在单缝衍射的暗条纹上，而造成这些主极大缺失。即满足以下两个条件的光栅明条纹为缺级：即满足以下两个条件的光栅明条纹为缺级：. , 3 , 2 , 1 k例如，例如，a+b = 3a ，则，则 k = 3，6，9， 对应的主极大缺级。对应的主极大缺级。0级级2级级-2级级-1级级3级级-3级级白光的光栅光谱白光的光栅

32、光谱光栅光谱：具有连续光谱的复合光，其同级明纹将形光栅光谱：具有连续光谱的复合光，其同级明纹将形成按波长排列的彩色光带，紫光靠近中央，红光在远成按波长排列的彩色光带，紫光靠近中央，红光在远端。端。1级级 X 射线是射线是伦琴伦琴(Roentgen)于于 1895 年发现的，它是在真空年发现的，它是在真空管中高速电子撞击金属靶时管中高速电子撞击金属靶时产生的一种射线，人眼看不产生的一种射线，人眼看不见，具有很强的穿透能力。见，具有很强的穿透能力。劳厄斑劳厄斑X X射线管射线管X 射线是波长很短的电磁波，射线是波长很短的电磁波，波长在波长在0.0110 nm。 1912 年劳厄年劳厄(Laue)将

33、将X射线照射晶体，获得了衍射图射线照射晶体，获得了衍射图样。实验中晶体的晶格点阵起了天然光栅（三维空间样。实验中晶体的晶格点阵起了天然光栅（三维空间光栅）的作用，同时证明了光栅）的作用，同时证明了X射线的波动性射线的波动性。CABd2 sindk相干加强条件满足相干加强条件满足布拉格公式布拉格公式： . , 3 , 2 , 1 k式中式中 是掠射角，是掠射角，d 是某方向上晶面的间距是某方向上晶面的间距。布拉格公式布拉格公式可应用于测晶面间距可应用于测晶面间距 d ，分析晶体结构。，分析晶体结构。 1913年，英国的布拉年，英国的布拉格格(Bragg)父子提出一父子提出一种研究种研究X射线衍射

34、的方射线衍射的方法，即把晶体的空间点法，即把晶体的空间点阵当作反射光栅处理。阵当作反射光栅处理。光是特定频率范围内的电磁波。光是特定频率范围内的电磁波。起光作用，如引起人的视觉和使照相底片感光的作起光作用，如引起人的视觉和使照相底片感光的作用，是电场强度矢量，称为光矢量。用，是电场强度矢量，称为光矢量。光矢量的振动方向与光的传播方向垂直，即光是横光矢量的振动方向与光的传播方向垂直，即光是横波，这一特征也称为光的偏振。波，这一特征也称为光的偏振。偏振性是横波区别于纵波的重要特征。偏振性是横波区别于纵波的重要特征。自然光：各个方向的光矢量振幅相同自然光：各个方向的光矢量振幅相同偏振光偏振光完全偏振

35、光完全偏振光（线偏振光、平面偏振光（线偏振光、平面偏振光或偏振光）或偏振光）部分偏振光部分偏振光线偏振光或平面偏振光：光矢量始终沿某一方向的振动。线偏振光或平面偏振光：光矢量始终沿某一方向的振动。yzxu表示振动方向在纸面内表示振动方向在纸面内传播方向传播方向传播方向传播方向表示振动方向垂直纸面表示振动方向垂直纸面由于原子发光的独立性与随机由于原子发光的独立性与随机性，对于普通光源所发的光，性，对于普通光源所发的光，光矢量分布各向均匀。光矢量分布各向均匀。自然光各光矢量之间的相位自然光各光矢量之间的相位关系不固定，是随机的。关系不固定，是随机的。介于线偏振光与自然光之间的情形，可看成线偏振光介

36、于线偏振光与自然光之间的情形，可看成线偏振光与自然光的混合。与自然光的混合。用来从自然光获得偏振光的装置叫用来从自然光获得偏振光的装置叫起偏器起偏器 (polarizer)，又叫又叫偏振片偏振片，也可以用作，也可以用作检偏器检偏器(analyzer)以检验某束以检验某束光是否为偏振光。光是否为偏振光。偏振片：只容许一个特定方向的光振动通过，偏振片：只容许一个特定方向的光振动通过，这个特定方向称这个特定方向称为为偏振片的偏振化方向偏振片的偏振化方向。平行线表示偏振化方向平行线表示偏振化方向1、自然光通过偏振片后，、自然光通过偏振片后，光强为原来的光强为原来的二分之一二分之一。旋转起偏器，屏幕上光

37、旋转起偏器，屏幕上光强不变强不变。2、检偏器旋转一周，、检偏器旋转一周，透射光光强出现透射光光强出现两次最两次最强，两次消光，强，两次消光，说明入说明入射光是线偏振光。射光是线偏振光。P1P2自然光自然光I0I自然光从自然光从P1出射后，变出射后，变成强度为成强度为I0的线偏振光，的线偏振光，又入射到与又入射到与P1成夹角为成夹角为 的偏振片的偏振片P2上。上。从从P2出射的偏振光振幅出射的偏振光振幅A与入与入射偏振光的振幅射偏振光的振幅A0有关系：有关系：0cosAA20cosII因此有光强关系：因此有光强关系：这就是马吕斯定律。这就是马吕斯定律。P2P1A0A根据马吕斯定律可知：当根据马吕斯定律可知：当P1P2时，出射光为零；时，出射光为零； 当当P1P2时，出射光最强。时，出射光最强。自然光反射和折射后自然光反射和折射后产生部分偏振光产生部分偏振光特别地，当入射角为特殊角特别地，当入射角为特殊角i0 时，反射光为光振动垂直时，反射光为光振动垂直入射面的线偏振光。入射面的线偏振光。i0为起偏振角，也叫布儒斯特角。为起偏振角，也叫布儒斯特角。当光