競賽補(bǔ)習(xí)光學(xué)(4)

1、第七章第七章 光在晶體中的傳播光在晶體中的傳播5 旋旋 光光1石英的石英的旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象1）旋光現(xiàn)象）旋光現(xiàn)象冰洲石晶體冰洲石晶體無旋光現(xiàn)象無旋光現(xiàn)象水晶有旋光現(xiàn)象水晶有旋光現(xiàn)象2）旋光定義：）旋光定義：線偏振光在石英晶體內(nèi)部沿光軸方向傳線偏振光在石英晶體內(nèi)部沿光軸方向傳播時，透過后偏振面被旋轉(zhuǎn)了一個角度。播時，透過后偏振面被旋轉(zhuǎn)了一個角度。3）旋光率：）旋光率：d：旋光率。：旋光率。 4）旋光色散：）旋光色散：，旋光率隨波長變化。，旋光率隨波長變化。 )(不同顏色的線振動面透過晶體后不同顏色的線振動面透過晶體后被旋轉(zhuǎn)的角度不同被旋轉(zhuǎn)的角度不同5）左旋和右旋晶體）左旋和右旋晶體一種結(jié)構(gòu)是另一

2、種一種結(jié)構(gòu)是另一種結(jié)構(gòu)的鏡像反演結(jié)構(gòu)的鏡像反演線偏振光沿光軸通線偏振光沿光軸通過晶體后振動面一過晶體后振動面一種向左旋、另一種種向左旋、另一種向右旋。向右旋。2菲涅耳對旋光的解釋菲涅耳對旋光的解釋1）左、右旋圓偏振光（）左、右旋圓偏振光（ 光和光和 光）光） 可以合成線偏振光可以合成線偏振光RL，LEREE0tAELEREAtttt兩個圖同一界面上不同時刻的狀態(tài)兩個圖同一界面上不同時刻的狀態(tài)2）線偏振光可以分解為左、右旋圓偏振光）線偏振光可以分解為左、右旋圓偏振光0cos()EEt i0/2(cos()cos( /2) )Et it j0/2(cos()cos(/2) )Et it jRLEE

3、0(cos()cos(/ 2) )LEEt it j0(cos()cos(/2) )REEt it j02cos()LREEEEt i3）菲涅耳假設(shè)）菲涅耳假設(shè)線偏振光沿旋光晶體光軸方向傳播時線偏振光沿旋光晶體光軸方向傳播時分解成速度不等的分解成速度不等的 光和光和 光，光，產(chǎn)生了不同的相位延遲。產(chǎn)生了不同的相位延遲。LR：旋光晶片厚度，：旋光晶片厚度， vvLR/v ,LLnc/vRRnc,20dnLLdnRR02dRLLEREELEREE4）對旋光現(xiàn)象的解釋）對旋光現(xiàn)象的解釋同一時刻入射面同一時刻入射面(左左)和出射面和出射面(右右)的狀態(tài)的狀態(tài)位相滯后即旋轉(zhuǎn)角度倒轉(zhuǎn)位相滯后即旋轉(zhuǎn)角度倒轉(zhuǎn)

4、（1）在入射面上，線偏振光在入射面上，線偏振光 分解成左右旋分解成左右旋 圓偏振光，且圓偏振光，且 和和 方向重合。方向重合。RELEE（2）在出射面上，在出射面上， 和和 與同一時刻與同一時刻 入射面上兩個旋轉(zhuǎn)電矢量相比：入射面上兩個旋轉(zhuǎn)電矢量相比：LERE,20dnLLdnRR02LR相位分別滯后相位分別滯后即角位移落后即角位移落后(倒轉(zhuǎn)倒轉(zhuǎn))了了 和和 。（3）從晶片出射后線偏振光旋轉(zhuǎn)的角度從晶片出射后線偏振光旋轉(zhuǎn)的角度dnnLRLR)()(210（4）左旋晶體和右旋晶體左旋晶體和右旋晶體（ ），左旋晶體），左旋晶體 （ ），右旋晶體），右旋晶體 0LRnn 0LRnn 5）菲涅耳假設(shè)的

5、實驗驗證）菲涅耳假設(shè)的實驗驗證（2）在第二塊左旋晶體在第二塊左旋晶體L中，中， ， 且且 （1）在第一塊右旋晶體在第一塊右旋晶體R中，光束沿光軸中，光束沿光軸 傳播，光和傳播，光和 光方向相同。光方向相同。LR22RLnnR（3）因此）因此， ， 光更向上偏折，光更向上偏折，L（4）一步步偏折下去，一步步偏折下去， 光和光和 光被光被 如圖所示地分開了。如圖所示地分開了。RL11RLnn12RLnn21,RLnn12RRnn21LLnn光向下偏折。光向下偏折。3 旋光晶體中的波面旋光晶體中的波面 （1）光沿光軸方向傳播時，兩光都是光沿光軸方向傳播時，兩光都是 圓偏振光，圓偏振光， 光快，光快，

6、 光慢。光慢。（2）光垂直光軸方向傳播時，兩光都是光垂直光軸方向傳播時，兩光都是 線偏振光，線偏振光， 光快，光快， 光慢。光慢。RLoe（3）光沿任意方向傳播時，兩光都是光沿任意方向傳播時，兩光都是 橢圓偏振光，橢圓偏振光， 光快，光快， 光慢。光慢。（4）隨傳播方向如圖變化，圓偏振光隨傳播方向如圖變化，圓偏振光 逐漸演化成線偏振光的過程。逐漸演化成線偏振光的過程。（1）石英晶體切成入射表面垂直石英晶體切成入射表面垂直 光軸的晶片時，具有旋光性。光軸的晶片時，具有旋光性。（2）石英晶體切成入射表面平行石英晶體切成入射表面平行 光軸的晶片時，不具有旋光性。光軸的晶片時，不具有旋光性。oReL注

7、意：注意：4量糖術(shù)量糖術(shù)1）裝置）裝置2）旋光角）旋光角 度公式度公式Nl（1） ， （蔗糖溶液，（蔗糖溶液， ，鈉黃光。），鈉黃光。）：線振動面轉(zhuǎn)角；：線振動面轉(zhuǎn)角； ：管長；：管長；：溶液的濃度；：溶液的濃度； ：比旋光率。：比旋光率。Nl3）討論：）討論：)/.(/46.6630cmgdmC0200（2） ：為右旋：為右旋（3）許多有機(jī)物（糖，藥物）都具有旋光性許多有機(jī)物（糖，藥物）都具有旋光性（4）同一種物質(zhì)常常具有左右兩種旋光異構(gòu)體同一種物質(zhì)常常具有左右兩種旋光異構(gòu)體5磁致旋光法拉第旋轉(zhuǎn)磁致旋光法拉第旋轉(zhuǎn)1）裝置、光路）裝置、光路2）磁致旋光或法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)）磁致旋光或法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)

8、產(chǎn)生強(qiáng)磁場后，線偏振面在樣品中轉(zhuǎn)過了角度產(chǎn)生強(qiáng)磁場后，線偏振面在樣品中轉(zhuǎn)過了角度 VlB3）討論：）討論：（1）一般物質(zhì)的維爾德常數(shù)都很小一般物質(zhì)的維爾德常數(shù)都很小GscmV/ 042. 0（2）液體中液體中 較大的有較大的有 ， （3）固體中的某些重火石玻璃可達(dá)固體中的某些重火石玻璃可達(dá)2CSVGscmV/ 09. 0：長度，：長度， ：磁感應(yīng)強(qiáng)度，：磁感應(yīng)強(qiáng)度，lBV：維爾德常數(shù)：維爾德常數(shù)4）法拉第旋轉(zhuǎn)的特殊規(guī)律）法拉第旋轉(zhuǎn)的特殊規(guī)律（1）自然旋光物質(zhì)左右旋與光的自然旋光物質(zhì)左右旋與光的 傳播方向無關(guān)傳播方向無關(guān)（2）光沿磁場方向通過時，振動面右旋。光沿磁場方向通過時，振動面右旋。 光逆

9、磁場方向傳播時，振動面左旋。光逆磁場方向傳播時，振動面左旋。（4）法拉第旋轉(zhuǎn)的用途法拉第旋轉(zhuǎn)的用途0450902若：若：線偏振光返回后無法通過第一個偏振片，線偏振光返回后無法通過第一個偏振片，成為成為光隔離器光隔離器。則則:（3）光束一正一反兩次通過磁光介質(zhì)時，光束一正一反兩次通過磁光介質(zhì)時， 振動面轉(zhuǎn)過角度振動面轉(zhuǎn)過角度 。2第八章第八章 光的吸收、色散和散射光的吸收、色散和散射1 光的吸收光的吸收1定義：定義： 光強(qiáng)度隨穿進(jìn)介質(zhì)光強(qiáng)度隨穿進(jìn)介質(zhì) 深度減弱的現(xiàn)象，深度減弱的現(xiàn)象，光吸收包含真吸收光吸收包含真吸收和散射兩部分。和散射兩部分。2光吸收的線性規(guī)律光吸收的線性規(guī)律1）光路）光路dx0

10、IIl：吸收系數(shù)，：吸收系數(shù)， ， 2）布格爾定律（朗伯定律）布格爾定律（朗伯定律）IdxdIleII0，3）吸收系數(shù)的物理意義）吸收系數(shù)的物理意義1l%36/10eII令：令： ， 結(jié)論：結(jié)論：的量綱是長度的倒數(shù)，的量綱是長度的倒數(shù)，是光強(qiáng)減少到是光強(qiáng)減少到時穿過的厚度時穿過的厚度/1l%361elII0lnln4）布格爾定律成立的條件）布格爾定律成立的條件入射光強(qiáng)不太大，入射光強(qiáng)不太大，確保與電磁場和光強(qiáng)無關(guān)。確保與電磁場和光強(qiáng)無關(guān)。5）比爾定律）比爾定律AC若若 ， ：溶液濃度，：溶液濃度，CAlCeII03復(fù)數(shù)折射率及其意義復(fù)數(shù)折射率及其意義,令令 為復(fù)數(shù)折射率為復(fù)數(shù)折射率0exp (

11、)EEi kxt00exp( /)exp(/)Eix vtEinx ctcvn )1 (inn0exp(/)EEinx ct0exp(/ )exp(/)Enx cinx ct是隨距離是隨距離 衰減的平面波的波動方程衰減的平面波的波動方程x：稱為衰減指數(shù)，：稱為衰減指數(shù)， )/2exp(20*cxnEEEI與與 比較比較leII0得：得： 0/4/2ncn電磁波的衰減因介質(zhì)的吸收而產(chǎn)生電磁波的衰減因介質(zhì)的吸收而產(chǎn)生4光的吸收與波長的關(guān)系光的吸收與波長的關(guān)系1）普遍吸收與選擇吸收）普遍吸收與選擇吸收（1）普遍吸收：）普遍吸收：吸收系數(shù)吸收系數(shù) 與波長無關(guān)，與波長無關(guān)， 入射光從介質(zhì)透射或反射后只改

12、變?nèi)肷涔鈴慕橘|(zhì)透射或反射后只改變 強(qiáng)度不改變顏色。空氣、純水，強(qiáng)度不改變顏色?？諝狻⒓兯?， 無色玻璃等介質(zhì)都在可見光范圍內(nèi)無色玻璃等介質(zhì)都在可見光范圍內(nèi) 產(chǎn)生普遍吸收。產(chǎn)生普遍吸收。（2）選擇吸收：）選擇吸收：吸收系數(shù)吸收系數(shù) 與波長有關(guān)，白與波長有關(guān)，白 光從介質(zhì)透射或反射后變?yōu)椴噬狻＝^光從介質(zhì)透射或反射后變?yōu)椴噬?。絕 大部分物體呈現(xiàn)顏色，都是表面或體內(nèi)大部分物體呈現(xiàn)顏色，都是表面或體內(nèi) 選擇吸收的結(jié)果。選擇吸收的結(jié)果。（4）臭氧強(qiáng)烈吸收波長短于臭氧強(qiáng)烈吸收波長短于 的紫外光。的紫外光。 大氣尤其是水蒸氣強(qiáng)烈吸收紅外輻射，大氣尤其是水蒸氣強(qiáng)烈吸收紅外輻射， 只在某些稱為只在某些稱為“大氣

13、的窗口大氣的窗口”的狹窄的狹窄 波段內(nèi)透明。波段內(nèi)透明。 （3）對所有電磁波普遍吸收的介質(zhì)是不存在的。對所有電磁波普遍吸收的介質(zhì)是不存在的。 對可見光普遍吸收的物質(zhì)，往往對紅外對可見光普遍吸收的物質(zhì)，往往對紅外 或紫外光選擇吸收?；蜃贤夤膺x擇吸收。300nm（5）石英透光區(qū)：石英透光區(qū)：180,4000nmnm 冕牌玻璃透光區(qū)：冕牌玻璃透光區(qū)：350,2000nmnm 2）吸收光譜和發(fā)射光譜）吸收光譜和發(fā)射光譜（1）吸收光譜：）吸收光譜：具有連續(xù)譜的光通過吸收物質(zhì)具有連續(xù)譜的光通過吸收物質(zhì) 后形成的光譜，在連續(xù)譜背景上出現(xiàn)了一后形成的光譜，在連續(xù)譜背景上出現(xiàn)了一 些暗線和暗帶。前者稱為線狀譜，

14、后者些暗線和暗帶。前者稱為線狀譜，后者 稱為帶狀譜。稱為帶狀譜。（2）發(fā)射光譜：）發(fā)射光譜：物質(zhì)發(fā)光時產(chǎn)生的光譜。吸收光物質(zhì)發(fā)光時產(chǎn)生的光譜。吸收光 譜的暗線和發(fā)射光譜的亮線位置一一對應(yīng)。譜的暗線和發(fā)射光譜的亮線位置一一對應(yīng)。（3）特征光譜（標(biāo)識譜線）：）特征光譜（標(biāo)識譜線）：由原子獨有的能級由原子獨有的能級 結(jié)構(gòu)生成的特有的吸收譜線結(jié)構(gòu)生成的特有的吸收譜線（4）光譜分析法：）光譜分析法：利用特征譜線檢測物質(zhì)中含有利用特征譜線檢測物質(zhì)中含有 何種元素成分的方法。何種元素成分的方法。2 光的色散光的色散1色散概念色散概念1）定義：）定義： 介質(zhì)折射率隨光的頻率或波長變化的現(xiàn)象介質(zhì)折射率隨光的頻率

15、或波長變化的現(xiàn)象2）色散曲線：）色散曲線： 介質(zhì)折射率隨波長變化的函數(shù)關(guān)系介質(zhì)折射率隨波長變化的函數(shù)關(guān)系例如：例如： 2/sin/ )(sin)(min nn3）色散率：）色散率： 介質(zhì)折射率隨波長的變化率介質(zhì)折射率隨波長的變化率 ddn/2正常色散正常色散1）正常色散）正常色散 特點特點ddn/（1） 和和 隨波長增大單調(diào)下降隨波長增大單調(diào)下降n（2） 一定時，一定時， 愈大，愈大， 也愈大。也愈大。ddn/n（3）在可見光波段，在可見光波段， 變化緩慢；變化緩慢； 在紫外區(qū)，在紫外區(qū)， 變化劇烈。變化劇烈。nn（4）各曲線之間沒有簡單的幾何相似性各曲線之間沒有簡單的幾何相似性2）正常色散定義：）正常色散定義： 折射率隨波長增大單調(diào)下降折射率隨波長增大單調(diào)下降0/ddn即色散率小于零即色散率小于零（1） 是真空中的波長是真空中的波長3）正常色散的經(jīng)驗公式）正常色散的經(jīng)驗公式4020CBAn0注意：注意： CBA,（2）常量常量 由介質(zhì)性質(zhì)決定由介質(zhì)性質(zhì)決定（3） 變化不大時只取前兩項變化不大時只取前兩項 020BAn30