第十三章-波動光學課件

1、第十三章 波動光學第13章 波動光學基礎上海同步輻射裝置全景第13章 波動光學基礎13.8 單縫的夫瑯禾費衍射13.9 衍射光柵及光柵光譜13.10 線偏振光 自然光13.11 偏振片的起偏和檢偏 馬呂斯定律13.12 反射和折射產生的偏振 布儒斯特定律13.13 雙折射現象13.1 光是電磁波13.2 光源 光的干涉13.3 獲得相干光的方法 楊氏雙縫實驗13.4 光程與光程差13.5 薄膜干涉 13.6 邁克耳孫干涉儀13.7 惠更斯菲涅耳原理雖然我們不能改變周遭的世界，我們就只好改變自己，用愛心和智慧來面對這一切.065 mm，能分清干涉條紋的雙縫間距 d 最大是多少？入射光波長越大，明

2、紋間相隔越遠(2) 空氣劈尖頂點處是一暗紋。其臨界角arc sin(1.如果入射光波長為 550 nm。但光振動的方向與光不同。一切偉大的行動和思想，都有一個微不足道的開始。試問在這12 cm長度內會呈現多少條暗條紋 ？設波面 Q 初相為0 ，其上面元ds 在P 點引起的振動為2、自然光通過偏振片光強衰減一半。晶體可看作三維立體光柵。13.1 光是電磁波 一、電磁波1. 平面簡諧波電磁波的描述(3) 真空中的電磁波是橫波(1)和變化同步，相位相同。(2) E 和H 的關系說明2. 電磁波的能量密度 能量密度 能流密度坡印亭矢量 （坡印亭矢量）(4) 波速真空中(5) 非強磁性介質的折射率2.

3、電磁波的能量密度 波的強度 I ( 平均能流密度 )I 正比于 E02 或 H02, 通常采用其相對強度說明二、光是電磁波光色 波長(nm) 頻率(Hz) 中心波長 (nm) 紅 760622 660 橙 622597 610 黃 597577 570 綠 577492 540 青 492470 480 蘭 470455 460 紫 455400 430 可見光七彩顏色的波長和頻率范圍13.2 光源 光的干涉一、光源(1) 熱輻射 (2) 電致發(fā)光 (3) 光致發(fā)光 (4) 化學發(fā)光 自發(fā)輻射(5) 同步輻射光源 (6) 激光光源 受激輻射13.2 光源 光的干涉能級躍遷波列波列長 L = c

4、 10-8初相不相關(同一原子先后發(fā)的光).自發(fā)輻射E2E1受激輻射 = (E2-E1)/hE1E2完全一樣(頻率，相位，振動方向，傳播方向)相干光源原子中處于高能級E2的電子，會在外來光子誘發(fā)下向低能級E1躍遷，并發(fā)出與外來光子一樣特征的光子。受激輻射連續(xù)發(fā)生，得到更多特征完全相同的光子，稱之為光放大。由受激輻射得到的放大了的光是相干光，稱之為激光。二、光波的疊加P12r1r2兩波在P 點的光振動P 點的合光矢量兩邊平方P 點光強(1)(2)1.非相干疊加討論(3)若 ，但 不恒定。(3)= 02.相干疊加相干條件：頻率相同；相位差 恒定；光矢量方向平行。P 處波的強度其中(1) 干涉相長（

5、明）(2) 干涉相消（暗）若若，則 。，則 。13.3 獲得相干光的方法 楊氏雙縫實驗 （分波陣面法） 一、楊氏雙縫實驗 明條紋位置明條紋位置明條紋位置獲得相干光的方法1. 分波陣面法（楊氏實驗)2. 分振幅法（薄膜干涉)x兩波在 P 點的相位差恒定不變，為x波程差兩波在 P 點的相位差恒定不變，為x 明紋 暗紋k = 0, 1，2，k = 0, 1， 2，相鄰暗條紋中心間距相鄰明紋中心間距(2) 相鄰明條紋間距 正比于 ；(3) 當用白光作為光源時，在零級白色中央條紋兩邊對稱地排列著幾條彩色條紋 。討論條紋周期性排列是光波空間周期性的體現。0級明紋(1) 為了能分辨各級，得到干涉圖像，要求

6、d n1, n3 或(n2 最大或最小)n2 n1, n321SP 例1 一油輪漏出的油(折射率n1=1.20)污染了某海域, 在海水(n2=1.30)表面形成一層薄薄的油污。 (1)如果太陽正位于海域上空，一直升飛機的駕駛員從機上向正下方觀察，他所正對的油層厚度為460 nm,則他將觀察到油層呈什么顏色？ (2)如果一潛水員潛入該區(qū)域水下，并向正上方觀察，又將看到油層呈什么顏色？解 (1)綠色解 (2)透射光的光程差紅光紫光紫紅色光線垂直入射，經劈尖上下表面的反射，形成兩束反射光，光程差為一、等厚干涉 1. 劈尖干涉adkdk+1明紋中心暗紋中心 明紋 暗紋空氣劈尖（明紋）（暗紋）相鄰明紋（

7、暗紋）間的厚度差劈尖干涉 條紋間距干涉條紋的移動(1) 同一厚度 d 對應同一級條紋等厚條紋。討論等厚條紋待測工件平晶D(2) 空氣劈尖頂點處是一暗紋。(3)應用：可測量小角度、微小位移 x、微小直徑 D、測表面不平整度等。adkdk+1明紋中心暗紋中心(2)測膜厚(1)干涉膨脹儀 劈尖干涉的應用 劈尖干涉的應用(3)檢驗光學元件表面的平整度空氣 (4)測細絲的直徑 為了測量一根細的金屬絲直徑D，按圖辦法形成空氣劈尖，用單色光照射形成等厚干涉條紋，用讀數顯微鏡測出干涉明條紋的間距，就可以算出D。已知單色光波長為 589.3 nm，測量結果是：金屬絲與劈尖頂點距離L=28.880 mm，第1條明

8、條紋到第31條明條紋的距離為 4.295 mm。解 條紋間距 例1求 金屬絲直徑D。D例 2 波長為680 nm的平行光照射到L=12 cm長的兩塊玻璃片上，兩玻璃片的一邊相互接觸 ，另一邊被厚度=0.048 mm的紙片隔開. 試問在這12 cm長度內會呈現多少條暗條紋 ？解共有142條暗紋2. 牛頓環(huán) 光程差明紋 暗紋 內低外高內疏外密(2) 檢測透鏡的曲率半徑誤差及其表面平整度 。(1) 若接觸良好,中央為暗紋半波損失。 樣板待測透鏡條紋討論例1 如圖所示為測量油膜折射率的實驗裝置，在平面玻璃片G上放一油滴，并展開成圓形油膜，在波長 的單色光垂直入射下，從反射光中可觀察到油膜所形成的干涉條

9、紋已知玻璃的折射率為 ，油膜的折射率 ，問：當油膜中心最高點與玻璃片的上表面相距 時，干涉條紋是如何分布的？可看到幾條明紋？明紋所在處的 油膜厚度為多少？SLG解 條紋為同心圓明紋油膜邊緣由于 故可觀察到四條明紋 .油滴展開時，條紋間距如何變化？條紋數目增加還是減少？解：如圖，設第K級條紋的牛頓環(huán)半徑為rk，該處的光程差為一個折射率為=1.5的透明球冠，其球面半徑為R，放在一個n2=n1=1.5,n3=1.75的兩種透明物質的兩矩形塊上。求:(1)薄膜為空氣時，牛頓環(huán)的第k級明紋半徑。例題2則該處空氣膜厚度為:解：一個折射率為=1.5的透明球冠，其球面半徑為R，放在一個n2=n1=1.5,n3

10、=1.75的兩種透明物質的兩矩形塊上。求:(1)薄膜為空氣時，牛頓環(huán)的第k級明紋半徑。例題2對亮紋有即：故（k=1,2,-）條紋為以接觸點為中心的同心圓環(huán)，而中心處則為暗紋（ ）（2）若劈尖中充滿n4=1.6的透明物質時，牛頓環(huán)如何變化？（設用波長為的單色光正入射）則光程差為:解：當在劈尖中充滿4=1.6的透明物質時，對條紋半徑為r處有右側左側n2=n1=1.5,n3=1.75對于左右兩側，分別可求出其第k級明暗條紋半徑：對于左右兩側，分別可求出其第k級明暗條紋半徑：小結(1)等厚干涉條紋為光程差相同的點的軌跡， 即厚度相等的點的軌跡。(2)厚度線性增長條紋等間距，厚度非線性增長條紋不等間距.

11、(3)條紋的動態(tài)變化分析（ 變化時） 波長550 nm黃綠光對人眼和照像底片最敏感。要使照像機對此波長反射小，可在照像機鏡頭上鍍一層氟化鎂MgF2薄膜，已知氟化鎂的折射率 n=1.38 ，玻璃的折射率n=1.55。解 兩條反射光干涉減弱條件 k = 0 時,增透膜有最小的厚度 并非對所有波長的光都具有小的反射率。 例1求 氟化鎂薄膜的最小厚度。說明光程差玻璃薄膜例2一平面單色光波垂直照射在厚度均勻的薄油膜上，油膜覆蓋在玻璃板上，所用光源波長可連續(xù)變化，觀察到500 nm和700 nm這兩個波長的光在反射中消失。油的折射率為1.30，玻璃的折射率為1.50。解 根據題意，不需考慮半波損失，暗紋的

12、條件為 求 油膜的厚度 。光源移動 M1 鏡觀察屏13.6 邁克耳遜干涉儀一、干涉儀結構M1 鏡M2鏡半反半透鏡 調節(jié)M2 的傾斜度，可分別得到等厚干涉和等傾干涉 平面鏡M1可以前后移動二、工作原理空氣膜加強減弱光程差光束1和光束2就像來自于空氣薄膜 ( M1 和 M2之間) 的上下表面一樣。調節(jié)M2 的傾斜度，可分別得到等厚干涉和等傾干涉（M2 的像）半反半透膜插入介質片光程差光程差變化光程差干涉條紋移動數目介質片厚度例1 在邁克耳孫干涉儀的兩臂中，分別插入 長的玻璃管，其中一個抽成真空， 另一個則儲有壓強為 的空氣，用以測量空氣的折射率。設所用光波波長為546 nm，實驗時，向真空玻璃管中

13、逐漸充入空氣，直至壓強達到 為止。在此過程中，觀察到107.2條干涉條紋的移動，試求空氣的折射率 。解三、時間相干性 兩光束產生干涉效應的最大光程差稱為相干長度,與相干長度對應的光傳播時間稱為相干時間。 時間相干性的好壞，就用一個波列延續(xù)的時間或波列長度L來衡量。13.7 惠更斯菲涅耳原理一、光的衍射現象衍射屏觀察屏光源(剃須刀邊緣衍射)設波面 Q 初相為0 ，其上面元ds 在P 點引起的振動為傾斜因子二、惠更斯菲涅耳原理1、同一波前上的各點發(fā)出的都是相干次波；2、各次波在空間某點的相干疊加，就決定了該點波的強度。P 點的振動(遠場衍射)2. 夫瑯禾費衍射(近場衍射)1. 菲涅耳衍射 三、光的

14、衍射分類無限遠光源無限遠相遇光源O ,觀察屏E (或二者之一) 到衍射屏S 的距離為有限的衍射，如圖所示。光源O ,觀察屏E 到衍射屏S 的距離均為無窮遠的衍射。( 菲涅耳衍射 )*一、半波帶法|2|2|2對于 P 點，狹縫處半波帶的數目|2*抵消a13.8 單縫的夫瑯禾費衍射一、半波帶法|2|2|2暗紋條件明紋條件相鄰兩個半波帶在 P 點引起的光振動相互抵消|2*抵消a13.8 單縫的夫瑯禾費衍射|2|2|2*42半波帶數目級數一級暗紋二級暗紋一級明紋二級明紋35暗紋條件明紋條件相鄰兩個半波帶在 P 點引起的光振動相互抵消干涉相消(暗紋)干涉加強(明紋)（介于明暗之間） 個半波帶 個半波帶中

15、央明紋中心(2) 單縫衍射和雙縫干涉條紋比較。單縫衍射條紋雙縫干涉條紋，則 在觀察屏上形成狹縫的幾何投影波動光學退化到幾何光學。(1)討論用波長為 的光垂直照射狹縫，得到單縫的夫瑯禾費衍射圖樣，第三級暗紋位于屏上的P點，問 （1）若將狹縫寬度減小一半，P點是明紋還是暗紋？（2）若用波長為 1.5 的光照射狹縫，P點是明紋還是暗紋？例1解（1）P點是一級明紋。（2）波長增大 1.5 倍，半波帶數目變?yōu)樵瓉淼?1/1.5，即 4個，所以P點是二級暗紋。暗紋明紋(1)第一暗紋距中心的距離第一暗紋的衍射角光直線傳播 增大， 減小 一定減小， 增大衍射最大 一定， 越大， 越大，衍射效應越明顯。二、條紋

16、特征角范圍 線范圍中央明紋的寬度(2)中央明紋（ 的兩暗紋間） 單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？ 入射波長變化，衍射效應如何變化？越大， 越大，衍射效應越明顯。 (3)條紋寬度（相鄰條紋間距）除了中央明紋外其它明紋的寬度干涉相消（暗紋）干涉加強（明紋）(4)單縫衍射的動態(tài)變化單縫上移，零級明紋仍在透鏡光軸上. 單縫上下微小移動，根據透鏡成像原理衍射圖不變 .(5)入射光非垂直入射時光程差的計算（中央明紋向下移動）（中央明紋向上移動）求對于暗紋有則如圖所示，設有一波長為 的單色平面波沿著與縫平面的法線成 角的方向入射到寬為 a 的單縫 AB 上。解在狹縫兩個邊緣處，衍射角為 的兩光的光程差為

17、例1寫出各級暗條紋對應的衍射角 所滿足的條件。 例2 如圖，一雷達位于路邊 15 m 處，它的射束與公路成 角。假如發(fā)射天線的輸出口寬度 ，發(fā)射的微波波長是18 mm ，則在它監(jiān)視范圍內公路長度約是多少？解 將雷達天線輸出口看成是發(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.根據暗紋條件三、光學儀器的分辨本領1. 圓孔的夫瑯禾費衍射孔徑為D衍射屏中央亮斑(艾里斑)2. 透鏡的分辨本領幾何光學 物點經圓孔衍射后,一個點光源對應一個艾里斑 (84%)波動光學物點一一對應像點一一對應像斑愛里斑的半角寬度*望遠鏡：瑞利判據:對于兩個等光強的非相干物點,如果一個像斑中心恰好落在另一像斑的邊緣(第

18、一暗紋處), 此兩像被認為恰可分辨。可分辨剛可分辨不可分辨討論：光學儀器的分辨率和放大率。最小分辨角兩像恰可分辨光學儀器的最小分辨角如何提高分辨率？眼睛的最小分辨角為設人離車的距離為 S 時，恰能分辨這兩盞燈。在迎面駛來的汽車上，兩盞前燈相距 d=120 cm ，設夜間人眼瞳孔直徑為 D=5.0 mm ，入射光波為 =550 nm。例1人在離汽車多遠的地方，眼睛恰能分辨這兩盞燈？求解d =120 cmS觀察者因此I0 絕大部分的光能量都落在中央明紋上。對于其它各級明紋，光強隨衍射角的增大而很快減小。單縫衍射13.9 衍射光柵及光柵光譜單縫衍射的缺點：1）縫必須很細，透過的光強很小，條紋不夠亮；

19、2）條紋較寬，明暗條紋區(qū)分不明顯，定位誤差較大。S*屏幕L2L2單縫在紙面內垂直透鏡光軸上、下移動，屏上衍射圖樣不改變。解決單縫衍射缺點的一個方案多縫取代單縫S*多縫會使條紋的亮度增強，并且會使明條紋變細。單縫衍射條紋多縫衍射條紋一、 光柵 許多等寬度、等距離的狹縫排列起來形成的光學元件.衍射角透射光柵 (衍射光柵)反射光柵 (閃耀光柵)1、光柵分類用途：分光；用作長度和角度的精密測量、激光技術中的調制元件和自成像元件；（1）機制光柵：在玻璃片上刻劃出一系列平行等距的劃痕,刻過的地方不透光，未刻的地方透光。（2）全息光柵：通過全息照相，將激光產生的干涉條紋在干板上曝光，經顯影定影制成全息光柵，

20、條紋更密，條紋間隔誤差更小。（3）復制光柵。2、光柵制作方法天然晶體內按一定規(guī)則排列的微粒，形成 “空間光柵”（兩微粒間距離比人工刻出來的痕距要小得多），它適用于對X射線的衍射。 平行光照射在光柵上。對光柵中每一狹縫來說，均有單縫衍射的結果，由于光柵中有大量的等面積的平行狹縫，所以最后結果并不是每個單獨的狹縫所起的作用，還必須考慮來自各個狹縫所發(fā)出的光波之間的干涉。明紋位置相鄰兩縫間的光程差：光柵常數：光柵常數衍射角：透光部分的寬度：不透光部分的寬度二、光柵衍射條紋的形成光柵的衍射條紋是衍射和干涉的總效果光柵方程1、考慮縫間光線干涉 條紋最高級數討 論 光強分布1 條 縫20 條 縫3 條 縫

21、5 條 縫 光柵中狹縫條數越多，明紋越亮.亮紋的光強：單縫光強）（：狹縫數，一定， 減少， 增大一定， 增大， 增大光柵常數越小，明紋越窄，明紋間相隔越遠入射光波長越大，明紋間相隔越遠sinI單縫衍射N條單縫衍射L2L2單縫夫瑯和費衍射圖樣，不隨縫的上下移動而變化。2、考慮單縫衍射單縫衍射的光強分布縫間干涉的光強分布光柵衍射的光強分布光柵衍射圖樣是縫間干涉形成主極大明條紋光強受單縫衍射光強分布調制的結果。b sin =k k=1, 2, 缺級時衍射角同時滿足：(b+b) sin =k k=0,1, 2, 即：k 就是所缺的級次由于單縫衍射的影響，在應該出現干涉極大（亮紋）的地方，不再出現亮紋縫

22、間干涉極大條件單縫衍射極小條件3、缺級缺 級k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=6k=-6缺級：k=3,6,9,.缺級光柵衍射 第三級極 大值位置單縫衍射 第一級極 小值位置例1 波長為6000的單色光垂直入射在一光柵上，第二級明紋出現在sin2=0.2處，第4級為一個缺級。求(1)光柵上相鄰兩縫的距離是多少？(2)狹縫可能的最小寬度是多少？(3)按上述選定的b、b值，實際上能觀察到的全部明紋數是多少？解: (1)在-900900范圍內可觀察到的明紋級數為k=0,1, 2, 3, 5, 6, 7, 9,共15條明紋一級光譜二級光譜三級光譜三、衍射光譜

23、三、衍射光譜例如二級光譜重疊部分光譜范圍二級光譜重疊部分:連續(xù)光譜：熾熱物體光譜線狀光譜：鈉鹽、分立明線帶狀光譜：分子光譜1、衍射光譜分類2、光譜分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光譜，所以由譜線的成分，可分析出發(fā)光物質所含的元素或化合物；還可從譜線的強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，求第三級光譜的張角.解紅光第三級光譜的張角第三級光譜所能出現的最大波長綠光紫光不可見3、重級現象當兩波長的光同時滿足：在該衍射方向上兩波長對應的 和 級重疊，稱為重級現象?！叭奔墶?克服重級如420nm的第三級譜線與630nm 的第二級譜線重疊，可用 的光

24、柵使其第二級譜線缺級，順利地對420nm的光譜進行測量。也可用濾色片將630nm的光濾掉（即吸收），來避免重級。例3 一束平行光垂直入射到某個光柵上，該光束有兩種波長1=4400, 2=6600實驗發(fā)現，兩種波長的譜線第二次重合(不計中央明紋)于衍射角=600的方向上，求此光柵的光柵常數d。解：第二次重合k1=6,k2=4一束波長為 480 nm 的單色平行光，照射在每毫米內有600條刻痕的平面透射光柵上。求(1) 光線垂直入射時，最多能看到第幾級光譜？(2) 光線以 30入射角入射時，最多能看到第幾級光譜？例4解(1)能出現的條紋的級次(2) 斜入射時，可得到更高級次的光譜。(1) 斜入射級

25、次分布不對稱。(3) 垂直入射和斜入射相比，完整級次數不變。說明當 = -90時當 = 90時(2)能出現的條紋的級次時，第二級主極大也發(fā)生缺級，不符題意，舍去。每毫米均勻刻有100條線的光柵，寬度為D =10 mm，當波長為500 nm的平行光垂直入射時，第四級主極大譜線剛好消失，第二級主極大的光強不為 0 。(1) 光柵狹縫可能的寬度；(2) 第二級主極大的半角寬度。例5(1) 光柵常數 第四級主極大缺級，故有求解時時，符合題意的縫寬有兩個，分別是2.510-3 mm 和7.510-3 mm。(2) 光柵總的狹縫數 設第二級主極大的衍射角為 2N ，與該主極大相鄰的暗紋( 第2N +1 級

26、或第2N - 1 級 ) 衍射角為 2N -1 ，由條紋公式有代入數據后，得第二級主極大的半角寬度 1895年德國物理學家倫琴發(fā)現X 射線（因此于1901年獲首屆諾貝爾物理學獎）。 衍射前提：縫寬與入射光波長差不多 X射線是波長約為0.4 - 10 的電磁波。（一般光柵 ）既然 X 射線在本質上和可見光一樣，也應該產生干涉、衍射等現象，但對于這樣短的波長，普通的光學光柵是無法實現衍射的。根據勞厄斑點的分布可算出晶面間距，掌握晶體點陣結構。 晶體可看作三維立體光柵。晶體底片鉛屏X 射線管1895年倫琴發(fā)現X 射線。X 射線是波長很短的電磁波。 倫琴發(fā)現，受高速電子撞擊的金屬會發(fā)射一種穿透性很強的

27、射線稱射線勞 厄 斑 點鉛板單晶片 照像底片 單晶片的衍射1912年勞厄實驗X 射線冷卻水布 拉 格 反 射入射波散射波 1913年英國布拉格父子提出了一種解釋射線衍射的方法，給出了定量結果，并于1915年榮獲物理學諾貝爾獎晶格常數 相鄰兩個晶面反射的兩X射線干涉加強的條件 布拉格公式意義1：開創(chuàng)了醫(yī)療影像技術的先河 利用電子計算機X射線斷層成像（CT），可以更好的分辨人體內部結構圖像，大幅提高了疾病診斷的準確性，成為20世紀醫(yī)學診斷領域所取得的最重大的突破之一。此后，醫(yī)療影像技術迅猛發(fā)展，核磁共振成像（MRI）、計算機放射成像（CR）、數字放射成像(DR)、發(fā)射式計算機斷層成像（ECT）等各

28、種數字化醫(yī)療影像新技術不斷涌現，組成了功能強大的放射成像信息系統(tǒng)（RIS），成為醫(yī)療診斷必不可少的重要基石。 意義2： 德國、美國、英國聯合研制的一顆X射線天文衛(wèi)星拍攝到了月亮的X射線照片、觀測了超新星遺跡和星系團的形態(tài)、探測了分子云發(fā)出的彌散X射線輻射陰影、孤立中子星、蘇梅克-列維9號彗星與木星碰撞發(fā)出的X射線、雙子座X射線源杰敏卡的脈動等等，還發(fā)現了彗星的X射線輻射。 用途 測量射線的波長，研究X射線譜，進而研究原子結構；研究晶體的結構，進一步研究材料性能。例如：對大分子DNA晶體的成千張的X射線衍射照片的分析發(fā)現DNA是有兩個周期的螺旋，進一步的理論分析得出DNA分子的雙螺旋結構。DNA

29、 晶體的X衍射照片DNA 分子的雙螺旋結構 布拉格公式光 柵 小 結明紋位置1、光柵方程2、缺級3、重級4、 布拉格公式一、光的偏振態(tài)及分類1、光的偏振態(tài)橫波：光矢量 位于與傳播方向垂直的平面內光矢量 在該平面內的具體振動方式, 稱為光的偏振態(tài)。2、光的偏振態(tài)的分類（1）線偏振光（linearly polarized light）在一束光中，所有子光波的光矢量 均在同一個方向振動,這樣光稱為線偏振光。播傳方向zyxo振動面面對光的傳播方向看光矢量 與光的傳播方向構成的平面稱為振動面。線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解線偏振光的表示法：光振動垂直屏面光振動平行屏面（2）自然光（natural l

30、ight） 發(fā)光的隨機性 發(fā)光的間隙性E2E3E4EE6E5任意方向的振動都不比其它方向的振動占優(yōu)勢。任意方向的振動都不比其它方向的振動占優(yōu)勢。沒有優(yōu)勢方向自然光的圓模型一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。自然光的分解自然光的分解自然光的分解自然光的表示法：（3）部分偏振光（partially polarized light)部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。部分偏振光的表示法：平行屏面的光振動較強垂直屏面的光振動較強部分偏振光:光波既不是完全偏振光,也不是自然光,而是兩者的混合 偏振光在科學研究等領

31、域獲得極為廣泛的應用,但是普通光源發(fā)出的光是自然光,通過什么途徑來獲得線偏振光?問題？二、偏振片 起偏和檢偏偏振片：能夠將自然光變?yōu)槠窆獾脑?。只允許某一方向的光振動通過。從自然光獲得線偏振光的過程稱為起偏，獲得線偏振光的器件或裝置稱為起偏器。起偏器有多種，例如，利用光的反射起偏的玻璃堆,利用晶體的二向色性的各類偏振片. 起 偏偏振化方向起偏器重要規(guī)律：2、自然光通過偏振片光強衰減一半。1、自然光通過偏振片變?yōu)榫€偏振光；偏振片的偏振化方向（又稱為透偏振方向）：偏振片允許通過的光振動的方向，也就是透過偏振片的偏振光的光振動方向。偏振化方向自然光偏振片線偏振光偏振片的作用機制作用機制是利用材料的

32、選擇性吸收效應(二向色性)，即對不同方向的電磁振動具有不同吸收的性質。偏振片的原理可以用圖中的線柵模型來說明:將具有網狀結構的聚乙烯醇高分子化合物薄膜作為片基，把它浸入碘液中，再經過硼酸水溶液還原穩(wěn)定后，再把它定向拉伸 4-5 倍，使大分子定向排列。即經拉伸后，使高分子材料由網狀結構變成線狀結構，碘分子則整齊地被吸附在該薄膜上。 I 有變化, 最小值為零(消光)是什么光？I 有變化,但最小值不為零，是什么光？I 不變，是什么光？檢偏：用偏振器件檢查入射光的偏振性。慢慢旋轉檢偏器,觀察透過偏振片的光的光強I如何變化？?待檢光IP旋轉自然光線偏振光部分偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器光強發(fā)生變化兩偏振片的偏振化方向相互垂直時屏上光強為零線偏振光垂直入射到偏振片上，透過的光強如何？I0IPP E0E=E0cos 如果入射線偏振光的光強為I0，透過檢偏器后,透射光的光強為I，則 馬呂斯定律（1809） ：線偏振光的振動方向與偏振片的偏振化方向之間的夾角。P : 為偏振化方向 三、馬呂斯定律例1 有兩個偏振片,一個用作起偏器，一個用作檢偏器。當它們偏振化方向間的夾角為 時，一束單色自然光穿過它們，出射光強為 ; 當它們偏振化方向間的夾角為 時，另一束單色自然光穿過它們，出射光強為 ， 且 。求兩束單色自然光的強度之比。解 設兩束單色自然光的強度分別為