光的衍射 光的偏振

光的衍射光的偏振第一页，共五十五页，2022年，8月28日22-1光的衍射和光的波动理论衍射现象波遇到障碍物时，绕过障碍物进入几何阴影区。波长和障碍物的大小可相比拟时就能观察到明显的衍射现象。第二页，共五十五页，2022年，8月28日一、菲涅耳亮斑第三页，共五十五页，2022年，8月28日2、惠更斯－菲涅耳原理惠更斯原理波面上的每一点均为发射子波的波源，这些子波的包络面即新的波阵面障碍物入射波衍射波第四页，共五十五页，2022年，8月28日菲涅耳原理对子波的振幅和相位作了定量描述波面上各面元——

子波源rPSdSn第五页，共五十五页，2022年，8月28日

空间任一点振动为所有子波在该点相干叠加的结果合振动：衍射本质：子波的相干叠加第六页，共五十五页，2022年，8月28日22-2单缝衍射单缝衍射实验装置：屏幕ISL1L2a缝宽a:其上每一点均为子波源，发出球面波衍射光线与波面法线夹角屏置于L2的焦平面上第七页，共五十五页，2022年，8月28日一、半波带法确定衍射图样的分布：对应的单缝a被分为k个半波带BaxfPA..C.A12.....A3A2.对于缝宽一定时，半波带个数由衍射角确定。第八页，共五十五页，2022年，8月28日k为奇数:剩下一个半波带中的衍射光线未被抵消对应的屏上相聚点为明纹中心对应中央明纹中心对应非明、暗纹中心的其余位置k为偶数：两两相消，屏上相聚点为暗纹第九页，共五十五页，2022年，8月28日Isin0*明暗纹条件：中央明纹中心各级明纹中心暗纹注意：第十页，共五十五页，2022年，8月28日*条纹角宽度中央明纹中心暗纹明纹faI中央明纹其余明纹第十一页，共五十五页，2022年，8月28日*计算衍射条纹线宽度中央明纹其余明纹第十二页，共五十五页，2022年，8月28日中央明纹集中大部分能量，明条纹级次越高亮度越弱。I屏幕中央明纹中心:全部光线干涉相长一级明纹中心:二级明纹中心:由菲涅尔波带法：第十三页，共五十五页，2022年，8月28日二.衍射图样的光强分布每条光线在屏上引起光振动振幅相等将a划分为N个等宽的狭窄波带，设每个波带内能量集中于图中所示光线两相邻光线相位差两相邻光线光程差aPL第十四页，共五十五页，2022年，8月28日用多边形法则进行N个大小相等、两两依次相差为

的光振动的叠加第十五页，共五十五页，2022年，8月28日令即中央明纹中心处振幅中央明纹光强则第十六页，共五十五页，2022年，8月28日明纹：暗纹：请与半波带法比较sin第十七页，共五十五页，2022年，8月28日22-3圆孔衍射光学仪器的分辨率一、圆孔衍射中央亮纹：爱里斑集中大部分能量角宽度为其余明纹2倍半角宽度：第十八页，共五十五页，2022年，8月28日爱里斑对透镜中心张角的一半由理论推导可知:D越大越小，衍射现象越不显著。第十九页，共五十五页，2022年，8月28日二、光学仪器的分辨率物镜

~圆孔

物点的象

~衍射图样

两个点光源相距较远，能分辨。瑞利判据为爱里斑对透镜的张角张角变小第二十页，共五十五页，2022年，8月28日两爱里斑中心距离为爱里斑的半径时，或者第一个象的爱里斑中心与第二个象的的爱里斑边缘重合时恰能分辨----瑞利判据。两点光源靠近此时两爱里斑重叠部分的光强为一个光斑中心最大值的80％，

0则称为最小分辨角。恰能分辨第二十一页，共五十五页，2022年，8月28日两点光源继续靠近不能分辨光学仪器分辨率最小分辨角的倒数光学仪器的最小分辨角越小，分辨率就越高。第二十二页，共五十五页，2022年，8月28日

光学仪器分辨率提高分辨率途径第二十三页，共五十五页，2022年，8月28日22-4双缝衍射将双缝干涉与单缝衍射结合考虑称双缝衍射。一、双缝干涉设每个缝均匀照亮屏明暗第二十四页，共五十五页，2022年，8月28日二、每个缝的衍射o注意：两缝衍射强度分布是重合的！三、双缝衍射第二十五页，共五十五页，2022年，8月28日干涉因子衍射因子结果：双缝干涉的条纹位置仍不变，只是强度受到单缝衍射的调制。强度包线由决定。条纹位置由决定。强度包线演示：双缝衍射第二十六页，共五十五页，2022年，8月28日双缝衍射的强度分布图强度包线包线变窄，条纹位置不变。包线不变，条纹变密。包线变宽，条纹变宽。讨论：变化时对条纹的影响？第二十七页，共五十五页，2022年，8月28日22-5衍射光栅一、衍射光栅光栅常数:刻：遮光未刻：透光缝第二十八页，共五十五页，2022年，8月28日二、衍射图样的形成及特点衍射图样特点：宽大的弱暗背明中出现强度不等的明亮明窄条纹。第二十九页，共五十五页，2022年，8月28日二、衍射图样的形成及特点1.光栅方程主明纹光栅公式光栅主明纹公式与双缝衍射明纹公式相同，它决定了衍射主极大的位置，衍射主极大位置只由d决定，与N无关。第三十页，共五十五页，2022年，8月28日2.暗纹谱线的宽度第三十一页，共五十五页，2022年，8月28日12两个主极大之间有N-1个最小值，而两个最小值之单间则由次极大隔开第三十二页，共五十五页，2022年，8月28日一般情况次极大

两个主极大之间的N-1个最小值，就由N-2个次极大隔开次极大中心对应的光强最大值不超过主最大的1/23，所以两主极大值之间是宽大的弱暗背景第三十三页，共五十五页，2022年，8月28日12与主极大相邻的两个极小值中心之间的距离为主明纹宽度第三十四页，共五十五页，2022年，8月28日sinI0N2I1主明纹角宽度第三十五页，共五十五页，2022年，8月28日3.缺级现象缺级条件光栅主明纹：单缝暗纹：若同时满足，则第m级主明纹消失。（为整数比）缺级：即：当第三十六页，共五十五页，2022年，8月28日三、衍射光谱白光入射中央零级主明纹为白色，其余各级为彩色光谱，高级次重叠第三十七页，共五十五页，2022年，8月28日四、光栅的分辨本领光栅的分辨本领是指将波长十分接近的谱线区分开的本领。分辨本领：第三十八页，共五十五页，2022年，8月28日分辨本领：sin第三十九页，共五十五页，2022年，8月28日22-6X射线衍射1895年，德国，伦琴在阴极射线实验中发现。特点：不带电，穿透本领强，能使底片感光，是以前所未知的，所以称X射线(又称伦琴射线)。X射线：第四十页，共五十五页，2022年，8月28日为研究其波动性，寻找相应的光栅劳厄斑X射线管1912年德国慕尼黑大学的实验物理学教授冯•劳厄用晶体中的衍射拍摄出X射线衍射照片。由于晶体的晶格常数约10nm，与

X射线波长接近，衍射现象明显。第四十一页，共五十五页，2022年，8月28日1913年英国的布拉格父子，提出了另一种精确研究X射线的方法，并作出了精确的定量计算。由于父子二人在X射线研究晶体结构方面作出了巨大贡献，于1915年共获诺贝尔物理学奖。晶体是由彼此相互平行的原子层构成，原子位置处就可看成次波的波源布拉格公式第四十二页，共五十五页，2022年，8月28日晶格常数：X射线经两晶面反射产生干涉，两束光的光程差为：加强布拉格公式X射线射到晶面时与晶面夹角。掠射角

:第四十三页，共五十五页，2022年，8月28日22-7光的偏振光的横波性与偏振态偏振：

波振动方向对于传播方向的不对称性它是横波区别与纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振性第四十四页，共五十五页，2022年，8月28日理论和实验都证明光是电磁波，其振动量E和H垂直于传播方向，因而光是横波，它具有偏振性。光振动主要指电矢量E的振动第四十五页，共五十五页，2022年，8月28日光的横波性只表明电矢量与光的传播方向垂直，在与传播方向垂直的平面内还可能有各式各样的状态。一.非偏振光偏振光偏振片完全偏振光部分偏振光线(平面)偏振光椭圆偏振光圆偏振光偏振光自然光光第四十六页，共五十五页，2022年，8月28日非偏振光（自然光）每个光波列:

横波—

偏振原子发光的独立性和随机性：一段观测时间内电矢量统计平均值既有空间分布的均匀性，又有时间分布的均匀性。普通光源发光光矢量对传播方向均匀对称分布—

非偏振光振动各向振幅大小相同第四十七页，共五十五页，2022年，8月28日xyz..............一对互相垂直，振幅相等，互相独立的平面偏振光的叠加无固定相位差,非相干叠加第四十八页，共五十五页，2022年，8月28日线偏振光光振动只有一个确定方向（只有一个振动面）.......平面偏振光偏振片：利用晶体的二相色性，只让某一方向振动的光通过，而吸收其它方向的光振动偏振化方向E吸收通过长链状分子第四十九页，共五十五页，2022年，8月28日偏振化方向自然光通过偏振片得到振动方向与偏振化方向相同的线偏振光I0二、透射偏振光的强度－－马吕斯定理第五十页，共五十五页，2022年，8月28日部分偏振光入射：自然光与线偏振光叠加偏振片偏振光入射光振动方向与偏振片偏振化方向的夹角马吕斯定律强度变化规律：I0IA1A2A第五十一页，共五十五页，2022年，8月28日偏振现象的应用太阳镜第五十二页，共五十五页，2022年，8月28日三、反射和折射引起的偏振n1n2ii部分偏振光（）部