大學(xué)物理 波動光學(xué)

激光、光全息技術(shù)、光信息處理技術(shù)、光纖技術(shù)…概述對光的研究兩千多年現(xiàn)代光學(xué)技術(shù):第9章波動光學(xué)(如量子光學(xué))微粒說波動說波粒二象性1.光的本性的爭論微粒說：1672年牛頓提出波動說：意大利的哥里馬第是最早的波動說的倡導(dǎo)者

1687年惠更斯發(fā)展了波動說1801年托馬斯·楊發(fā)現(xiàn)了光的干涉現(xiàn)象，提出光的干涉理論

1818年菲涅爾的“桂冠論文”確定了光的波動說1865年麥克斯韋建立了光的電磁理論，完成了光的波動理論的最后形式

19世紀(jì)末，光電效應(yīng)又使波動理論陷入困境。1905年愛因斯坦提出了光子理論，為光的本性的爭論畫上了句號。光是一種電磁波（變化電磁場在空間的傳播）

1.是頻率在一定范圍內(nèi)電磁波（波長在400-760nm)，是對人眼能產(chǎn)生視覺的電磁波。可見光范圍2.電磁波是橫波ZEuYHX一.光的相干性

9－1相干光(t~10-9S

)—一個光波列1.普通光源發(fā)光特點間歇性獨立性隨機性

、矢量方向不盡相同12基態(tài)激發(fā)態(tài)P21不同原子同一時刻同原子不同一時刻(矢量)光矢量不相干特殊技術(shù)—激光—相干2.2.相干光條件(1)必要條件—同機械波二.相干光的獲取

一般:“一分為二”、“自我干涉”1.分振幅法(薄膜干涉如劈尖、牛頓環(huán)、…)

IW2WW1I1I2AB3.2.分波陣面法(如雙縫、勞埃德鏡、…)

相遇處:干涉項：4.一.

楊氏雙縫干涉9－2楊氏雙縫干涉勞埃德鏡對屏上任一點P

(考慮到)6.相長(加強)由于1=2用

討論干涉問題明紋中心(最亮處)其中中央(零級)明紋各級明紋各2條暗紋中心(最暗處)當(dāng)相消(減弱)當(dāng)其中各級暗紋各2條相鄰明紋(或暗紋)中心間距7.相鄰明條紋中心或相鄰暗條紋中心間距(1)一系列平行的等間距的、明暗相間的條紋(3)用白光作為光源時，在零級白色中央條紋兩邊對稱排列著由紫向紅的彩色條紋

4I0xI0k012-1-2x1x2x-2x-1光強分布(2)Δx正比

,D

；反比d紋寬條紋特征一定時，若變化，則將怎樣變化？1）2）

條紋間距與的關(guān)系如何？一定時，[例]雙縫干涉,d=0.2mm,D=10m.(1)如測得中央明紋兩側(cè)兩個第3級明紋中心的間距x=150

mm求;(2)求中央明紋兩側(cè)兩個第3級暗紋中心的間距x’.8.分析:首先弄清屏上明暗紋分布圖象,可用兩種解法一是考慮位置x表達式;二是考慮間隔數(shù).解得明紋間距分別為雙縫干涉實驗中，用鈉光燈作單色光源，其波長為589.3nm，屏與雙縫的距離D=600mm例求

d=1.0mm和d=10mm，兩種情況相鄰明紋間距分別為多大？解用白光作光源觀察楊氏雙縫干涉。設(shè)縫間距為d，縫面與屏距離為D最先發(fā)生重疊的是某一級次的紅光和高一級次的紫光

所以：清晰的可見光譜只有一級

在

400~760nm范圍內(nèi)，明紋條件為能觀察到的清晰可見光譜的級次例求解二.光程光在兩種不同介質(zhì)中傳播相同距離LL真空(n=1)玻璃(n=1.5)真空(

—真空中波長)介質(zhì)定義:nL

—光程—折算成真空情況兩相干光的光程(以后用此概念討論干涉衍射等問題)、不同路徑(光程)相位躍變影響12.三.

勞埃德鏡直射光反射光相干—類似為雙縫LMPP'實驗發(fā)現(xiàn)：屏P移至P

'處L處—暗紋—相位躍變相位差與光程差(為真空中波長)相長(最亮處)相消(最暗處)13.討論:楊氏雙縫實驗屏上B處的1.S1處加一透明介質(zhì)片(n,t)2.再在O1O連線上放一平面鏡3.計算第1種情況中屏上明紋位置x表達式注在以上問題中仍成立BO’結(jié)論：疏媒質(zhì)(光速較大)密媒質(zhì)(光速較小)入反L處反射光較入射光相位躍變

(等效光程差為)14.2.透鏡不引起附加光程差各光線經(jīng)透鏡后光程的變化相等FABCDEabcde焦平面F焦平面ABCDEabcde1.S1處加一透明介質(zhì)片(n,e)O’用折射率n=1.58的很薄的云母片覆蓋在雙縫實驗中的一條縫上，這時屏上的第七級亮條紋移到原來的零級亮條紋的位置上。如果入射光波長為550nm。無云母片時，零級亮紋在屏上P點，加上云母片后，到達P點的兩光束的光程差為當(dāng)P點為第七級明紋位置時

例求此云母片的厚度是多少？解設(shè)云母片厚度為d

。當(dāng)光線垂直入射時當(dāng)時當(dāng)時9－3薄膜干涉一、增透膜和增反膜玻璃氟化鎂為增透膜

增透膜和增反膜利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率.例為了增加透射率,求氟化鎂膜的最小厚度.已知空氣,氟化鎂,23解

減弱取eSM劈尖角二.

劈尖(

,d

呈線性變化

)1.單色平行光垂直入射(

一般情況

)2.空氣劈尖(教材n2=1)注a.等厚原理=f(e)ekke空間分布條紋空間分布對應(yīng)其中e

=

0處(劈棱)—暗紋(

k=0

)18.b.共性相鄰最亮中心(或最暗中心)c.(近似)幾何關(guān)系圖中兩三角形相似

，利用以上關(guān)系—測量(,D,,n

)20.討論:干涉條紋會發(fā)生怎樣的變化[圖形(a)]？若劈尖的上表面向右方平移，干涉條紋會發(fā)生怎樣的變化[圖(b)]？若劈尖的角度增大，干涉條紋又將發(fā)生怎樣的變化[圖(c)]?如圖所示，若劈尖的上表面向上平移，利用等厚原理分析關(guān)鍵:21.三牛頓環(huán)由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成光程差三.

牛頓環(huán)顯微鏡TSLM半透半反鏡(d

呈非線性變化

)空氣牛頓環(huán)(教材)其中:中心處(e

=

0)—暗(k=0

)明環(huán)暗環(huán)特征：內(nèi)疏外密明暗相間圓形條紋—？25.測量透鏡的曲率半徑

例用氦氖激光器發(fā)出的波長為633nm的單色光做牛頓環(huán)實驗，測得第個k

暗環(huán)的半徑為5.63mm,第k+5暗環(huán)的半徑為7.96mm，求平凸透鏡的曲率半徑R.解總結(jié)

1）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b2）厚度線性增長條紋等間距，厚度非線性增長條紋不等間距3）條紋的動態(tài)變化分析（變化時）4）半波損失需具體問題具體分析分光板G1導(dǎo)軌單色光源補償板G2反射鏡

M1反射鏡

M21.裝置與原理(1)(2)等厚干涉(空氣劈尖)等傾干涉*Michelson干涉儀28.(1)(2)2.測量應(yīng)用(1)平移M1—測微小長度前后光程差的差移動條紋數(shù)(2)插入薄透明介質(zhì)片—測n

或厚度

t(n

,t)29.[例]

在邁克耳孫干涉儀的兩臂中，分別插入玻璃管,長為，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(shè)所用光波波長為546nm，實驗時，向真空玻璃管中逐漸充入空氣，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：lGM1M2真空空氣30.一.

光的衍射現(xiàn)象9－4光的衍射障礙物線度(縫、孔、屏、絲)>>—“直線傳播”(幾何光學(xué))與可比擬

—繞射(衍射)(波動光學(xué))32.圓盤衍射圖樣(見圖)惠更斯原理波面上的每一點均為發(fā)射子波的波源，這些子波的包絡(luò)面即新的波陣面.障礙物入射波衍射波菲涅耳原理對子波的振幅和相位作了定量描述

空間任一點振動為所有子波在該點相干疊加的結(jié)果二.

Huygens—Fresnel原理（子波相干疊加）(1629-1695)(1788-1827)三.

菲涅耳衍射和夫瑯禾費衍射(a)菲涅耳衍射(b)夫瑯禾費衍射(c)在實驗室中實現(xiàn)夫瑯禾費衍射(遠場)2.Fraunhofer衍射—（特例）本教材討論對象1.Fresnel衍射(近場)34.四、單縫衍射1.夫蘭禾費單縫衍射①②(1)平行子波(相等)

相遇相干觀察屏狹縫透鏡平行光(2)圖中3個角相等,

—衍射角(4)如=

0

Q處相遇max=bsin(3)如=

0

(平行主光軸)

o處相遇中央明紋(=0)35.2.半波帶法(近似方法)(≠0處)如(N為整數(shù))其中—分為N個半波帶—一束光分為N個相同子光束N為偶數(shù)相消(最暗處)N為奇數(shù)相長(最亮處,明紋中心)如上述兩者之間縫長縫長36.討論：衍射條紋位置分布與強度(定性)分布a.位置(最亮或最暗中心)角位置

=

0中央明紋

≠0其它明暗紋中心—半波帶法線位置(

<

5?

對應(yīng)k值較小)37.fLx0x中央明紋第一級衍射極小第一級明紋b.明紋寬度—相鄰暗紋中心間距中央其它式中第一級衍射極小(中央明紋邊界)c.強度中央明紋—集中透射光絕大部分能量其它明紋—能量依次降低如中央I0

,k=2,0.016I0……其它k=1,0.045I0;

38.注a.干涉—有限光束間相干衍射—無限個子波間相干本質(zhì)一樣b.近似計算問題<5?,,

>5?嚴(yán)格計算d.縫↑↓—位置不變e.斜入射—條紋移動c.白光垂直入射—色散(中央明紋以外)紅外紫內(nèi)b↑↓(變密)幾何光學(xué)b↓

↑

(變疏)波動光學(xué)b

>>

f.39.單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？越大，越大，衍射效應(yīng)越明顯.入射波長變化，衍射效應(yīng)如何變化?40.

例單縫衍射圖中，各條入射光線間距相等，那么光線1與3在幕上P點相遇時的位相差為

，P點應(yīng)為

點.RP135135暗縫長

例平行單色光垂直照射在單縫上，觀察夫朗和費衍射，若屏上P點處為第二級暗紋，則單縫處波面相應(yīng)地可劃分為

個半波帶,若將單縫寬度縮小一半，P點將是

級

紋.4第一暗例一單色平行光垂直入射一單縫，其衍射第三級明紋位置恰好與波長為600nm的單色光垂直入射該縫時衍射的第二級位置重合，試求該單色光的波長.解

例2如圖，一雷達位于路邊15m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18mm，則在它監(jiān)視范圍內(nèi)的公路長度大約是多少？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(nèi).根據(jù)暗紋條件雙縫干涉單縫衍射振動的合成兩個分立相干波疊有限個半波帶法連續(xù)分布子波源相干疊加無限多個考慮縫有寬度縫寬

~

波長不考慮縫有寬度光程差△--半波長倍數(shù)中央、偶數(shù)、奇數(shù)光程差△--半波長倍數(shù)中央、偶數(shù)、奇數(shù)誰的？一.

圓孔衍射艾里斑9－4－3圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)定性討論:單縫

小矩形孔

小圓孔衍射圖樣、、可證明艾里斑(相當(dāng)于單縫中央明紋)張角直徑43.二.

光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)波動光學(xué):一個物點→一個像斑→重疊問題→分辨問題Rayleigh判據(jù)(對非相干光)最小分辨角兩物點張角(視角)>

0

能分辨=

0

恰能分辨<

0

不能分辨對光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)44.

[例1]設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為3mm,而在可見光中,人眼最敏感的波長為550nm

,

(1)人眼的最小分辨角有多大？

(2)若物體放在距人眼25cm（明視距離）處，則兩物點間距為多大時才能被分辨？問解(1)(2)46.S1S20解（1）哈勃望遠鏡的最小分辨角為例2太空望遠鏡（1）哈勃太空望遠鏡是1990年發(fā)射升空的天文望遠鏡，它的主透鏡直徑為2.4m

,是目前太空中的最大望遠鏡.在大氣層外615km高空繞地運行,可觀察130億光年遠的太空深處,發(fā)現(xiàn)了500億個星系.試計算哈勃望遠鏡對波長為800nm的紅外光的最小分辨角.（2）人類正在建造新一代太空望遠鏡韋布，計劃于2014年利用歐洲航天局的“阿麗亞娜5號”火箭發(fā)射,在距離地球150萬公里的遙遠軌道上運行，以代替將要退役的哈勃望遠鏡.設(shè)計中的韋布太空望遠鏡的主透鏡直徑至少為6m,也可在紅外頻率下工作，問與哈勃望遠鏡相比韋布望遠鏡的分辨率預(yù)計可以提高多少倍？提高的倍數(shù)為解例2太空望遠鏡從工作原理分衍射光柵(透射光柵)反射光柵(閃耀光柵)9－4－4

衍射光柵

大量平行等寬等間距的狹縫(或反射面)構(gòu)成的光學(xué)元件。一組相互平行，等寬度()、等間距的狹縫組成縫寬，不透光，光柵常數(shù)透射式衍射光柵b+b’一.

(平面透射)光柵演示結(jié)論：隨著狹縫的增多，明條紋的亮度將增大，條紋變細，且明條紋的間隔也變大。1.光柵常數(shù)不透光透光10-5~10-6mLN刻痕(等間距)2.機理多光束干涉單縫衍射綜合效應(yīng)理論:干涉衍射注N個縫單縫效應(yīng)——位置重合48.二.

光柵衍射條紋的形成1.多光束干涉—決定主明紋位置N個平行子光束(

相同)相鄰子光束光程差:(主)明紋條件中央明紋任意非相鄰子光束—均滿足相長條件相鄰主明紋之間：注θθPOθ個極小個次明紋49.一定，減少，增大．一定，

增大，

增大．光柵常數(shù)越小，明紋越窄，明紋間相隔越遠入射光波長越大，明紋間相隔越遠光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越亮.(a)(c)θθPO2.衍射—對明紋光強調(diào)制(1)

光強調(diào)制效應(yīng)(見圖)(2)

缺級缺級(b)如有干涉極大衍射極小50.討論:N=5k=0k

=

–2k=–1k

=

–4k=–5k

=

2k=1k

=

4k=5如討論缺級問題缺級為注a.透射光能量主要集中在中央包絡(luò)線(單縫中央明紋范圍)內(nèi)各個主明紋上角寬度相鄰主明紋之間為一片暗區(qū)(含極小和次明紋)線寬度b.其它問題(同單縫衍射)最大級次km,(主明紋)斜入射,近似計算問題色散,(主)明紋線位置,51.條

[例1]

用氦氖激光器發(fā)出的的紅光，垂直入射到一平面透射光柵上，測得第一級明紋出現(xiàn)在的方向上，試求(1)這一平面透射光柵的光柵常數(shù)d,這意味著該光柵在1cm內(nèi)有多少條狹縫？(2)最多能看到第幾級衍射明紋？只能看到第一級衍射明紋分析:a.

>

5o嚴(yán)格計算b.令sin

=1可求km

(取整)52.[例2]用每毫米有500條刻痕的衍射光柵觀察（波長=590nm）鈉光譜線，縫寬和刻痕寬度b之比為1：2.試問：(1)平行光垂直入射于光柵時最高能看到第幾級光譜線,(2)觀察屏上總共可能出現(xiàn)幾條譜線？53.入射光為白光時，不同，不同，按波長分開形成光譜.一級光譜二級光譜三級光譜*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:一級光譜二級光譜三級光譜連續(xù)光譜：熾熱物體光譜線狀光譜：鈉鹽、分立明線帶狀光譜：分子光譜衍射光譜分類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(zhì)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.第三級光譜的張角第三級光譜所能出現(xiàn)的最大波長綠光分析:a.光譜張角—k一定min—1max—2b.令如較大時，波長較長的光可能不出現(xiàn)，不完整光譜55.X射線衍射一、X射線

1895年德國物理學(xué)家倫琴用克魯斯克管的陰極射線作實驗，偶然發(fā)現(xiàn)附近桌上的熒光屏上發(fā)出了光，倫琴用一張黑紙擋住管子，熒光仍存在，而用一片金屬板就擋住了，他稱這種射線為X射線。

歷史上第一張X射線照片，就是倫琴拍攝他夫人手的照片。由于X射線的發(fā)現(xiàn)具有重大的理論意義和實用價值，倫琴于1901年獲得首屆諾貝爾物理學(xué)獎。*四.

X

射線衍射簡介

倫琴夫人看了照片后害怕地說：這簡直象魔鬼的手。二、勞厄斑

1912年德國慕尼黑大學(xué)的實驗物理學(xué)教授馮?勞厄用晶體中的衍射拍攝出X射線衍射照片。由于晶體的晶格常數(shù)約10nm，與X射線波長接近，衍射現(xiàn)象明顯。單晶片X射線照相底片1912年，慕尼黑大學(xué)勞厄、弗里得里希、克里平

劃時代的實驗

一箭雙雕：確認X射線具有波動性確定晶體結(jié)構(gòu)的周期性

（揭開晶體結(jié)構(gòu)研究序幕）榮獲1914年諾貝爾物理獎X射線通過晶體產(chǎn)生衍射譜

晶體原子排列三維光柵將X射線入射到晶體點陣，晶體點陣中大量原子（離子）就成為子波波源，產(chǎn)生X射線的衍射和干涉。布拉格公式(叫做

掠射角,

又稱布拉格角)兩束散射光的光程差為干涉加強的條件得世界上第一張晶體X射線衍射譜硫酸銅晶體X射線衍射譜早期的X射線衍射裝置

閃鋅礦的勞厄像（勞厄等劃時代論文所載）愛因斯坦說：x射線衍射實驗是

“物理學(xué)最美的實驗”

設(shè)想極其巧妙；實驗簡潔了當(dāng)；一舉解決兩個重大難題；令人贊嘆不已。開辟了晶體結(jié)構(gòu)分析，X射線光譜學(xué)，電子衍射和中子衍射等一系列新學(xué)科，碩果累累。9-5光的偏振性馬呂斯定律一.

自然光偏振光1.橫波的偏振性電磁波(含光波)—橫波2.自然光(普通光源,太陽光)含各個方向的振動且振幅相等—“各向同性”58.3.(線)偏振光只含有某一固定方向光振動(振動面)(b)振動方向垂直屏幕的線偏振光(a)振動方向在屏幕內(nèi)的線偏振光(c)在屏幕內(nèi)的振動較強的部分偏振光(d)垂直屏幕的振動較強的部分偏振光4.部分偏振光含有各個方向光振動，但振幅不等注除自然光外,其它光一般通過特殊方法(如反射,折射,散射……）產(chǎn)生59.二.

偏振片起偏與檢偏機理:光與物質(zhì)相互作用.如二向色性、雙折射…1.偏振片—只允許某一特定方向(偏振化方向)光通過的透明薄片注光振動與偏振化方向∥全通過⊥全部不通過其它情況,部分(平行分量)通過2.起偏與檢偏起偏器(對自然光)檢偏器(對偏振光)ⅠⅡ自然光偏振光偏振光偏振化方向起偏器60.NMMalus定律討論:a.定性描述自然光依次通過偏振片Ⅰ與Ⅱ后的狀態(tài)(偏振態(tài),強度)b.分別旋轉(zhuǎn)偏振片Ⅰ和Ⅱ,光的強度變化情況三.

馬呂斯定律起偏過程中檢偏過程中式中I0為入射偏振光光強,

為其與偏振化方向的夾角61.討論:1.如何用兩個偏振片,使一束線偏振光的光振動旋轉(zhuǎn)90°并使透射光強盡可能最大?.分析:設(shè)線偏振光的振幅和光強分別為E0和I0如圖2.在兩塊正交偏振片p1,p3

之間插入另一塊偏振片p2,光強為I0

的自然光垂直入射于偏振片p1,討論轉(zhuǎn)動p2

透過p3

的光強I與轉(zhuǎn)角的關(guān)系.62.例1有兩個偏振片,一個用作起偏器,一個用作檢偏器.當(dāng)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(dāng)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(shè)兩束單色自然光的強度分別為和.經(jīng)過起偏器后光強分別為和.經(jīng)過檢偏器后偏光鏡頭立體電影四反射光與折射光的偏振空氣玻璃(a)實驗(1815年)表明反射與折射中(自然光入射)圖(a)反射光—部分偏振光折射光—部分偏振光(⊥占優(yōu))(∥占優(yōu))圖(b)反射光—偏振光折射光—部分偏振光(⊥分量)(∥占優(yōu))(Brewster定律)i0—起偏角或Brewster角玻璃空氣(b)63.玻璃空氣注a.反射光與折射光偏振化程度與入射角i有關(guān)b.起偏時(i=i0)反⊥

折c.工程中—玻璃片堆反折偏振光64.下列情況中光線的反射和折射(為起偏角)討論:[例]水的折射率為1.33,空氣的折射率為1,當(dāng)自然光從空氣射向水面而反射時,起偏角為多少?而當(dāng)光有水下進入空氣時,起偏角又是多少?65.一.

雙折射的尋常光和非尋常光14－11雙折射現(xiàn)象對各向異性晶體(方解石),兩束光1.

尋常光(o光)和非常光(e光)o光:遵守折射定律各個方向

vo=常數(shù)no=常數(shù)e光:不遵守折射定律各個方向

ve=常數(shù)ne=常數(shù)光軸2.

光軸“”(一個特定方向)兩者均為偏振光光沿光軸方向入射，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象66.3.主截面—光軸與入射面法線所成平面如光沿主截面入射

(本教材討論對象)o光⊥主截面e光∥主截面o光⊥e光4.no與nee光：主折射率(⊥光軸方向)⊥光軸方向∥光軸方向o光：—常數(shù)光軸

光

光67.o

光波陣面e

光波陣面光軸68.正晶體(如石英)負晶體(如方解石)光軸e

光波陣面o

光波陣面二.人為雙折射現(xiàn)象各向同性介質(zhì)電場,磁場應(yīng)力,外力各向異性(雙折射)1.克爾效應(yīng)與泡克爾斯效應(yīng)(加電場)克爾效應(yīng)線性電光效應(yīng)電光效應(yīng)(電控光開關(guān))泡克爾斯效應(yīng)69.2.光彈效應(yīng)—測材料內(nèi)應(yīng)力分布工程:糖量計,……旋光現(xiàn)象：偏振光通過上述物質(zhì)振動面旋轉(zhuǎn)旋光固體

=

lΔψlAB*14－12旋光現(xiàn)象旋光物法：石英晶體，糖溶液……

=

l(對一定而言)旋光溶液l—透光長度,

—濃度,—常量(與旋光物質(zhì)有關(guān))—常量(與和物質(zhì)有關(guān))70.討論:1.如何用兩個偏振片,使一束線偏振光的光振動旋轉(zhuǎn)90°并使透射光強盡可能最大?.分析:設(shè)線偏振光的振幅和光強分別為E0和I0如圖2.在兩塊正交偏振片p1,p3

之間插入另一塊偏振片p2,光強為I0

的自然光垂直入射于偏振片p1,討論轉(zhuǎn)動p2

透過p3

的光強I與轉(zhuǎn)角的關(guān)系.62.如石英：l=1mm=4.05×102nm=

45.9o磁性介質(zhì)(外加磁場B)

=V

l

BV

—常量另：左旋于右旋如糖分子式與分子結(jié)構(gòu)不同左旋糖右旋糖=5.89×102nm=

21.7o71.一.

圓孔衍射艾里斑14－7圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)定性討論:單縫

小矩形孔

小圓孔衍射圖樣、、可證明艾里斑(相當(dāng)于單縫中央明紋)張角直徑43.二.

光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)波動光學(xué):一個物點→一個像斑→重疊問題→分辨問題Rayleigh判據(jù)(對非相干光)最小分辨角兩物點張角(視角)>

0

能分辨=

0

恰能分辨<

0

不能分辨對光學(xué)儀器分辨本領(lǐng)44.1990年發(fā)射的哈勃太空望遠鏡的凹面物鏡的直徑為2.4m，最小分辨角

?=0.1〃在大氣層外615km高空繞地運行,可觀察130億光年遠的太空深處，發(fā)現(xiàn)了500億個星系.

45.

[例1]設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為3mm,而在可見光中,人眼最敏感的波長為550nm

,

(1)人眼的最小分辨角有多大？

(2)若物體放在距人眼25cm（明視距離）處，則兩物點間距為多大時才能被分辨？問解(1)(2)46.[例2]毫米波雷達發(fā)出的波束比常用的雷達波束窄,這使得毫米波雷達不易受到反雷達導(dǎo)彈的襲擊.(1)有一毫米波雷達,其圓形天線直徑為55cm,發(fā)射頻率為220GHz的毫米波,計算其波束的角寬度;(2)將此結(jié)果與普通船用雷達發(fā)射的波束的角寬度進行比較,設(shè)船用雷達波長為1.57cm,圓形天線直徑為2.33m

.解(1)(2)47.一.

(平面透射)光柵14－8衍射光柵1.光柵常數(shù)不透光透光10-5~10-6mLN刻痕(等間距)2.機理多光束干涉單縫衍射綜合效應(yīng)理論:干涉衍射注N個縫單縫效應(yīng)——位置重合48.二.

光柵衍射條紋的形成1.多光束干涉—決定主明紋位置N個平行子光束(

相同)相鄰子光束:(主)明紋條件中央明紋任意非相鄰子光束—均滿足相長條件相鄰主明紋之間：注θθPOθ個極小個次明紋49.(a)(c)θθPO2.衍射—對明紋光強調(diào)制(1)

光強調(diào)制效應(yīng)(見圖)(2)

缺級缺級(b)如有干涉極大衍射極小50.討論:N=5k=0k

=

–2k=–1k

=

–4k=–5k

=

2k=1k

=

4k=5如討論缺級問題缺級為注a.透射光能量主要集中在中央包絡(luò)線(單縫中央明紋范圍)內(nèi)各個主明紋上角寬度相鄰主明紋之間為一片暗區(qū)(含極小和次明紋)線寬度b.其它問題(同單縫衍射)最大級次km,(主明紋)斜入射,近似計算問題色散,(主)明紋線位置,51.條

[例1]

用氦氖激光器發(fā)出的的紅光，垂直入射到一平面透射光柵上，測得第一級明紋出現(xiàn)在的方向上，試求(1)這一平面透射光柵的光柵常數(shù)d,這意味著該光柵在1cm內(nèi)有多少條狹縫？(2)最多能看到第幾級衍射明紋？只能看到第一級衍射明紋分析:a.

>

5o嚴(yán)格計算b.令sin

=1可求km

(取整)52.[例2]波長=600nm用單色光垂直照射在一光柵上,發(fā)現(xiàn)第2級主明紋出現(xiàn)在sin

=

0.2處,且k

=3,6,9,…缺級,求(1)光柵常數(shù),(2)透光縫寬度b,(3)相鄰主明紋(不含缺級)間距x,f=1m(4)中央包絡(luò)線范圍內(nèi)主明紋數(shù)目,(5)范圍內(nèi),能夠呈現(xiàn)的全部級數(shù).分析:a.對(1)、(2)和(4)—可利用缺級現(xiàn)象求解其中對應(yīng)單縫衍射中第1級衍射極小(中央包絡(luò)線邊界)b.對(5)由km和缺級共同確定53.三.

衍射光譜白光入射中央主明紋(k

=

0,

=

0)—白光其它主明紋(k

=

0,

=

0)—色散(∝)注a.k級光譜的角寬度b.如k值較大—重疊或交錯54.[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.第三級光譜的張角第三級光譜所能出現(xiàn)的最大波長綠光分析:a.光譜張角—k一定min—1max—2b.令如較大時，波長較長的光可能不出現(xiàn)，不完整光譜55.*四.

X

射線衍射簡介X射線冷卻水鉛板單晶片照像底片1.x

射線衍射(1)x

射線(倫琴射線)產(chǎn)生(2)勞厄斑點—晶格的衍射現(xiàn)象1845~1923德國56.2.布拉格公式(相鄰晶面)反射光干涉加強條件干涉加強式中

—掠射角(

Bragg角)x射線晶體結(jié)構(gòu)分析DNA晶體的X衍射照片DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)散射波入射波57.14－9光的偏振性馬呂斯定律一.

自然光偏振光1.橫波的偏振性電磁波(含光波)—橫波2.自然光(普通光源,太陽光)含各個方向的振動且振幅相等—“各向同性”58.3.(線)偏振光只含有某一固定方向光振動(振動面)(b)振動方向垂直屏幕的線偏振光(a)振動方向在屏幕內(nèi)的線偏振光(c)在屏幕內(nèi)的振動較強的部分偏振光(d)垂直屏幕的振動較強的部分偏振光4.部分偏振光含有各個方向光振動，但振幅不等注除自然光外,其它光一般通過特殊方法(如反射,折射,散射……）產(chǎn)生59.二.

偏振片起偏與檢偏機理:光與物質(zhì)相互作用.如二向色性、雙折射…1.偏振片—只允許某一特定方向(偏振化方向)光通過的透明薄片注光振動與偏振化方向∥全通過⊥全部不通過其它情況,部分(平行分量)通過2.起偏與檢偏起偏器(對自然光)檢偏器(對偏振光)ⅠⅡ自然光偏振光偏振光偏振化方向起偏器60.NMMalus定律討論:a.定性描述自然光依次通過偏振片Ⅰ與Ⅱ后