光的衍射光的偏振

光的衍射光的偏振22-1光的衍射和光的波動(dòng)理論衍射現(xiàn)象波遇到障礙物時(shí)，繞過障礙物進(jìn)入幾何陰影區(qū)。波長(zhǎng)和障礙物的大小可相比擬時(shí)就能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。一、菲涅耳亮斑2、惠更斯－菲涅耳原理惠更斯原理波面上的每一點(diǎn)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(duì)子波的振幅和相位作了定量描述波面上各面元——

子波源rPS

dSn

空間任一點(diǎn)振動(dòng)為所有子波在該點(diǎn)相干疊加的結(jié)果合振動(dòng)：衍射本質(zhì)：子波的相干疊加22-2單縫衍射單縫衍射實(shí)驗(yàn)裝置：屏幕ISL1L2a縫寬a:其上每一點(diǎn)均為子波源，發(fā)出球面波衍射光線與波面法線夾角屏置于L2的焦平面上一、半波帶法確定衍射圖樣的分布：對(duì)應(yīng)的單縫a被分為k個(gè)半波帶Baxf

PA..C

.A1

2.....A3A2.對(duì)于縫寬一定時(shí)，半波帶個(gè)數(shù)由衍射角確定。k為奇數(shù):剩下一個(gè)半波帶中的衍射光線未被抵消對(duì)應(yīng)的屏上相聚點(diǎn)為明紋中心對(duì)應(yīng)中央明紋中心對(duì)應(yīng)非明、暗紋中心的其余位置k為偶數(shù)：兩兩相消，屏上相聚點(diǎn)為暗紋Isin

0*明暗紋條件：中央明紋中心各級(jí)明紋中心暗紋注意：*條紋角寬度中央明紋中心暗紋明紋faI

中央明紋其余明紋*計(jì)算衍射條紋線寬度中央明紋其余明紋中央明紋集中大部分能量，明條紋級(jí)次越高亮度越弱。I屏幕中央明紋中心:全部光線干涉相長(zhǎng)一級(jí)明紋中心:二級(jí)明紋中心:由菲涅爾波帶法：二.衍射圖樣的光強(qiáng)分布每條光線在屏上引起光振動(dòng)振幅相等將a劃分為N個(gè)等寬的狹窄波帶，設(shè)每個(gè)波帶內(nèi)能量集中于圖中所示光線兩相鄰光線相位差兩相鄰光線光程差aP

L用多邊形法則進(jìn)行N個(gè)大小相等、兩兩依次相差為

的光振動(dòng)的疊加令即中央明紋中心處振幅中央明紋光強(qiáng)則明紋：暗紋：請(qǐng)與半波帶法比較sin

22-3圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨率一、圓孔衍射中央亮紋：愛里斑集中大部分能量角寬度為其余明紋2倍半角寬度：愛里斑對(duì)透鏡中心張角的一半由理論推導(dǎo)可知:D越大

越小，衍射現(xiàn)象越不顯著。次極大中心對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)最大值不超過主最大的1/23，所以兩主極大值之間是寬大的弱暗背景兩愛里斑中心距離為愛里斑的半徑時(shí)，或者第一個(gè)象的愛里斑中心與第二個(gè)象的的愛里斑邊緣重合時(shí)恰能分辨----瑞利判據(jù)。光矢量對(duì)傳播方向均勻?qū)ΨQ分布—非偏振偏振：波振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性包線變窄，條紋位置不變。光振動(dòng)只有一個(gè)確定方向一對(duì)互相垂直，振幅相等，互相獨(dú)立的平面偏振光的疊加注意：兩縫衍射強(qiáng)度分布是重合的！條紋位置由決定。1912年德國(guó)慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)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。兩愛里斑中心距離為愛里斑的半徑時(shí)，或者第一個(gè)象的愛里斑中心與第二個(gè)象的的愛里斑邊緣重合時(shí)恰能分辨----瑞利判據(jù)。包線變窄，條紋位置不變。兩愛里斑中心距離為愛里斑的半徑時(shí)，或者第一個(gè)象的愛里斑中心與第二個(gè)象的的愛里斑邊緣重合時(shí)恰能分辨----瑞利判據(jù)。每個(gè)光波列:橫波—偏振兩個(gè)點(diǎn)光源相距較遠(yuǎn)，能分辨。二、光學(xué)儀器的分辨率物鏡

~圓孔

物點(diǎn)的象

~衍射圖樣

兩個(gè)點(diǎn)光源相距較遠(yuǎn)，能分辨。瑞利判據(jù)為愛里斑對(duì)透鏡的張角張角變小兩愛里斑中心距離為愛里斑的半徑時(shí)，或者第一個(gè)象的愛里斑中心與第二個(gè)象的的愛里斑邊緣重合時(shí)恰能分辨----瑞利判據(jù)。兩點(diǎn)光源靠近此時(shí)兩愛里斑重疊部分的光強(qiáng)為一個(gè)光斑中心最大值的80％，

0則稱為最小分辨角。恰能分辨兩點(diǎn)光源繼續(xù)靠近不能分辨光學(xué)儀器分辨率最小分辨角的倒數(shù)光學(xué)儀器的最小分辨角越小，分辨率就越高。

光學(xué)儀器分辨率提高分辨率途徑22-4雙縫衍射將雙縫干涉與單縫衍射結(jié)合考慮稱雙縫衍射。一、雙縫干涉設(shè)每個(gè)縫均勻照亮屏明暗二、每個(gè)縫的衍射o注意：兩縫衍射強(qiáng)度分布是重合的！三、雙縫衍射干涉因子衍射因子結(jié)果：雙縫干涉的條紋位置仍不變，只是強(qiáng)度受到單縫衍射的調(diào)制。強(qiáng)度包線由決定。條紋位置由決定。強(qiáng)度包線演示：雙縫衍射雙縫衍射的強(qiáng)度分布圖強(qiáng)度包線包線變窄，條紋位置不變。包線不變，條紋變密。包線變寬，條紋變寬。討論：變化時(shí)對(duì)條紋的影響？22-5衍射光柵一、衍射光柵光柵常數(shù):刻：遮光未刻：透光縫二、衍射圖樣的形成及特點(diǎn)衍射圖樣特點(diǎn)：寬大的弱暗背明中出現(xiàn)強(qiáng)度不等的明亮明窄條紋。二、衍射圖樣的形成及特點(diǎn)1.光柵方程主明紋光柵公式光柵主明紋公式與雙縫衍射明紋公式相同，它決定了衍射主極大的位置，衍射主極大位置只由d決定，與N無關(guān)。注意：兩縫衍射強(qiáng)度分布是重合的！它是橫波區(qū)別與縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振性用多邊形法則進(jìn)行N個(gè)大小相等、內(nèi)能量集中于圖中所示光線折射光線既含平行分量，又含垂直分量，為部分偏振光，平行分量占優(yōu)。包線變窄，條紋位置不變。22-1光的衍射和光的波動(dòng)理論若同時(shí)滿足，則第m級(jí)主明紋消失。光學(xué)儀器的最小分辨角越小，分辨率就越高。對(duì)應(yīng)的屏上相聚點(diǎn)為明紋中心若同時(shí)滿足，則第m級(jí)主明紋消失。缺級(jí)現(xiàn)象缺級(jí)條件條紋位置由決定。每個(gè)光波列:橫波—偏振它是橫波區(qū)別與縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振性2.暗紋譜線的寬度12兩個(gè)主極大之間有N-1個(gè)最小值，而兩個(gè)最小值之單間則由次極大隔開一般情況次極大

兩個(gè)主極大之間的N-1個(gè)最小值，就由N-2個(gè)次極大隔開次極大中心對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)最大值不超過主最大的1/23，所以兩主極大值之間是寬大的弱暗背景12與主極大相鄰的兩個(gè)極小值中心之間的距離為主明紋寬度sin

I0N2I1

主明紋角寬度3.缺級(jí)現(xiàn)象缺級(jí)條件光柵主明紋：?jiǎn)慰p暗紋：若同時(shí)滿足，則第m級(jí)主明紋消失。（為整數(shù)比）缺級(jí)：即：當(dāng)三、衍射光譜白光入射中央零級(jí)主明紋為白色，其余各級(jí)為彩色光譜，高級(jí)次重疊四、光柵的分辨本領(lǐng)光柵的分辨本領(lǐng)是指將波長(zhǎng)十分接近的譜線區(qū)分開的本領(lǐng)。分辨本領(lǐng)：分辨本領(lǐng)：sin

22-6X射線衍射1895年，德國(guó)，倫琴在陰極射線實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。特點(diǎn)：不帶電，穿透本領(lǐng)強(qiáng)，能使底片感光，是以前所未知的，所以稱X射線(又稱倫琴射線)。X射線：二、透射偏振光的強(qiáng)度－－馬呂斯定理折射光線既含平行分量，又含垂直分量，為部分偏振光，平行分量占優(yōu)。2、惠更斯－菲涅耳原理對(duì)于縫寬一定時(shí)，半波帶個(gè)數(shù)由衍射角確定。結(jié)果：雙縫干涉的條紋位置仍不變，只是強(qiáng)度受到單縫部分偏振光入射：自然光與線偏振光疊加對(duì)應(yīng)非明、暗紋中心的其余位置光振動(dòng)只有一個(gè)確定方向白光入射中央零級(jí)主明紋為白色，其余各級(jí)為彩色光譜，高級(jí)次重疊1912年德國(guó)慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)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。波面上各面元——子波源內(nèi)能量集中于圖中所示光線若同時(shí)滿足，則第m級(jí)主明紋消失。光振動(dòng)主要指電矢量E的振動(dòng)注意：兩縫衍射強(qiáng)度分布是重合的！為研究其波動(dòng)性，尋找相應(yīng)的光柵勞厄斑X射線管1912年德國(guó)慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)接近，衍射現(xiàn)象明顯。1913年英國(guó)的布拉格父子，提出了另一種精確研究X射線的方法，并作出了精確的定量計(jì)算。由于父子二人在X射線研究晶體結(jié)構(gòu)方面作出了巨大貢獻(xiàn)，于1915年共獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。晶體是由彼此相互平行的原子層構(gòu)成，原子位置處就可看成次波的波源布拉格公式晶格常數(shù)：X射線經(jīng)兩晶面反射產(chǎn)生干涉，兩束光的光程差為：加強(qiáng)布拉格公式X射線射到晶面時(shí)與晶面夾角。掠射角

:22-7光的偏振光的橫波性與偏振態(tài)偏振：

波振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性它是橫波區(qū)別與縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振性理論和實(shí)驗(yàn)都證明光是電磁波，其振動(dòng)量E和H垂直于傳播方向，因而光是橫波，它具有偏振性。光振動(dòng)主要指電矢量E的振動(dòng)光的橫波性只表明電矢量與光的傳播方向垂直，在與傳播方向垂直的平面內(nèi)還可能有各式各樣的狀態(tài)。一.非偏振光偏振光偏振片完全偏振光部分偏振光線(平面)偏振光橢圓偏振光圓偏振光

偏振光自然光光非偏振光（自然光）每個(gè)光波列:

橫波—

偏振原子發(fā)光的獨(dú)立性和隨機(jī)性：一段觀測(cè)時(shí)間內(nèi)電矢量統(tǒng)計(jì)平均值既有空間分布的均勻性，又有時(shí)間分布的均勻性。普通光源發(fā)光光矢量對(duì)傳播方向均勻?qū)ΨQ分布—

非偏振光振動(dòng)各向振幅大小相同xyz..............一對(duì)互相垂直，振幅相等，互相獨(dú)立的平面偏振光的疊加無固定相位差,非相干疊加線偏振光光振動(dòng)只有一個(gè)確定方向（只有一個(gè)振動(dòng)面）.......平面偏振光偏振片：利用晶體的二相色性，只讓某一方向振動(dòng)的光通過，而吸收其它方向的光振動(dòng)偏振化方向E吸收通過長(zhǎng)鏈狀分子對(duì)于縫寬一定時(shí)，半波帶個(gè)數(shù)由衍射角確定。內(nèi)能量集中于圖中所示光線將雙縫干涉與單縫衍射結(jié)合考慮稱雙縫衍射。愛里斑對(duì)透鏡中心張角的一半由理論推導(dǎo)可知:強(qiáng)度包線由決定。次極大中心對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)最大值不超過主最大的1/23，所以兩主極大值之間是寬大的弱暗背景1912年德國(guó)慕尼黑大學(xué)的實(shí)驗(yàn)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。衍射的調(diào)制。內(nèi)能量集中于圖中所示光線若同時(shí)滿足，則第m級(jí)主明紋消失。若同時(shí)滿足，則第m級(jí)主明紋消失。X射線經(jīng)兩晶面反射產(chǎn)生干涉，兩束光的光程差為：D越大越小，衍射現(xiàn)象越不顯著。偏振片：利用晶體的二相色性，只讓某一方向振動(dòng)的光通過，而吸收其它方向的光振動(dòng)包線變窄，條紋位置不變。偏振化方向自然光通過偏振片得到振動(dòng)方向與偏振化方向相同的線偏振光I0二、透射偏振光的強(qiáng)度－－馬呂斯定理部分偏振光入射：自然光與線偏振光疊加偏振片偏振光入射光振動(dòng)方向與偏振片偏振化方向的夾角馬呂斯定律強(qiáng)度變化規(guī)