光的衍射偏振

课件63张PPT。一、光的衍射
——光能绕过障碍物进入几何阴影区的现象衍射分类：⒈夫琅禾费(Fraunhofer)衍射——入射光与衍射光都是平行光 (远场衍射)e.g.§12.7 光的衍射 (Diffraction of Light）⒉菲涅耳(Fresnel)衍射——入射光与衍射光不都是平行光 (近场衍射)e.g.二、惠更斯－菲涅耳原理 Huygens原理?传播方向强度分布？Fresnel补充：“……，波场中任一点的强度由各子波在该点的相干叠加决定。”惠－菲原理 ? 波的传播方向及强度分布衍射的本质：同一波阵面各点发出的子波在障碍物几何阴影区相干叠加衍射角为?的光线的相干叠加 ? p点处的光振动C§12.8 单缝夫琅禾费衍射 (Single-Slit Fraunhofer Diffraction)⒈半波带方法将波阵面AB分为AA1、A1A2 ……等条带使光程差称 AA1、A1A2 …… 为“半波带”对任一?作用：两相邻半波带上各点发出的衍射角为?的光线两两相消结果：若AB为偶数个半波带,则p点为暗纹; 若为奇数个半波带, 则p点为明纹.Note:半波带的数目随?角的不同而改变⒉条纹位置设缝宽为a则有半波带方法：0(中央明纹)(两侧明纹)(暗纹)Notes:条纹位置与光程差的关系，在形式上与双缝结果有别。⒊条纹宽度中央明纹宽度：其它明纹宽度：Notes:①?x0=2?x②若缝宽 a >>? , 则?x?0, 衍射消失.e.g.设 f=50cm若 a=102? ? ?x=5 mma=103? ? ?x=0.5 mma=104? ? ?x=0.05 mm单缝衍射：a~0.1 mm (~200?)强度分布曲线：⒋条纹强度条纹的确切位置:Notes:解：⑴⑵[思考]其它解法?[例12-7] 在单缝衍射中，若使单缝和透镜分别稍向上移，则衍射条纹将如何变化？答:⑴单缝上移?衍射光束向上平移?经透镜聚焦后，位置不变?条纹不变⑵透镜上移?衍射光束经透镜聚焦后，位置随之上移?条纹向上平移[思考]①若单缝左右移动, 结果？②若光源上下微移, 结果？§12.9 光学仪器的分辨本领 (Resolving Power of Instruments)——对相邻点状物的分辨能力⒈圆孔Fraunhofer衍射dsin?1=1.22?∵ d>>?∴ sin?1? ?1⒉瑞利判据(Rayleigh Criterion)——对于两个光强相等的不相干的点物，若其中一个衍射光斑的中心恰好与另一个的边缘(第一级极小)重合，则合成的光强曲线的谷峰比约为0.8，两个点物恰能被分辨。恰可分辨不可分辨最小分辨角：⒊分辨本领 R显微镜： d不会很大，?? ? R?望远镜： ?不可选择, d? ? R?[例12-8] 人眼的瞳孔直径约为3mm，对于可见光的平均波长5500?，人眼的最小分辨角是多大？解:§12.10 光栅衍射 (Grating Diffraction)透射光栅(玻璃)：a+b?d(~1?m) ——光栅常数反射光栅(金属)：光栅衍射＝单缝衍射＋多缝干涉明纹(谱线、主极大)——很窄、很亮、间距很大⒈谱线位置相邻透光缝同一衍射角的光线的光程差：——光栅方程干涉相长：?=(a+b)sin?Notes:①因 (a+b)很小，谱线?通常较大：e.g.a+b=3???1=19?, ?2=42?, ?3=90?②斜入射：光栅方程：单缝衍射光强：光栅谱线强度：*⒉谱线强度*3.光栅的分辨本领R——区分波长相近的谱线的能力⑴定义⑵计算4.谱线缺级(missing order)——谱线位置——强度为零——当k?取某些非零整数使k为整数时, k级谱线缺失.Note:在斜入射时，上式仍成立。⒍光栅的应用⑴单色仪(monochrometer)⑵光栅光谱仪(grating spectrograph)?光谱分析?元素分析[例12-9] 波长范围在450~650nm之间的复色光垂直照射在每厘米有5000条刻线的光栅上，屏幕在透镜焦面处，第二级光谱各色光所占范围的宽度为35.1cm，求透镜的焦距。解:第二级光谱：光栅常数：?1=450nm： 屏上位置：x2= f? tg ?2?2=650nm： 如误用sin??tg?=x/f，则得f=1.76m， 相去甚远！x1= f? tg ?1[例12-10] 以?=6000?的平行光斜射到光栅上，入射角i=45? ，光栅缝宽a=1.2?m，相邻缝间不透光部分的宽度b=2.4?m ，问：最多能观察到多少条谱线？解:光栅方程：令?= 90? ? k=10.2令?= -90? ? k= -1.8缺级：取 k?=1, 2, 3? k=3, 6, 9级缺失? 最多能观察到12-3=9条谱线若改为垂直入射，结果？[思考]*§12.11 晶体的X射线衍射 (X-ray Diffraction by Crystals)——布拉格(W.L.Bragg)公式§12.12光的偏振(Polarization of Light)—— 、 在垂直于光波传播方向的平面内以一定的方式振动一、 偏振类型 (Types of Polarization)按 (光矢量)的振动特点划分：⑴线(平面、完全)偏振光特点： 沿一条直线振动表示法： 与 构成的平面——振动面⑵圆偏振光特点： 旋转，端点轨迹为圆.⑶椭圆偏振光特点： 旋转，端点轨迹为椭圆.⑷部分偏振光特点：含多种偏振成分，但有占优方向. 可分解：表示法：⑸自然光 (非偏振光)特点：含多种偏振成分, 无占优方向.表示法：——可分解成两个相互垂直的、等强度的线偏振光.Notes:①自然光 ? 白光②线偏振光 ? 单色光§12.13 偏振片(Polaroid)——只让光矢量沿给定方向的分量透过.e.g.⑴制作：二向色材料(dichroic materials)⑵用途：起偏和检偏⑶马吕斯(E.L.Malus)定律：——线偏振光透过检偏器后的强度[来历][例12-11] 光强为I0的自然光垂直穿过两个偏振片，两偏振片的偏振化方向夹角为45?，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两偏振片后的光强为 。解:穿过P1后： I= I0/2穿过P2后： I?= Icos245?= I0/4 检 偏§12.4 反射光与折射光的偏振 (Polarization of Reflected and Refracted Light)以自然光入射：入射角 反射光 折射光 0 自然光 自然光 iP 线偏振光 部分偏振光 (起偏角) (E?) (E?E//) (E?