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1、光栅衍射和偏振光分解12.7衍射光栅和光栅光谱一 .光栅(grating)1.光栅：由大批等宽、等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。广义讲，任何拥有空间周期性的衍射屏都可叫作光栅。2.光栅分类：透射光栅反射光栅透射光栅反射光栅dd(a)(b)光栅我们只议论透射光栅。3.光栅常量(gratingconstant)a：相邻两刻痕边沿间距（透光宽度）b：刻痕宽度（不透光宽度）光栅常量d=a+b（相邻两狭缝中心之间距）是光栅的重要参数。/适用光栅：刻痕数几十条/mm几千条/mm用电子束刻制刻痕数可达几万条/mmd数万?。光栅是现代科技中常用的重要光学元件。二.实验装置1. 光栅衍射装置缝平面透
2、镜L察看屏Pdfdsino衍射角：光栅常量：d，缝数为N，单色光垂直入射2.光栅衍射(多缝衍射)（1）每条缝发的光都是单缝衍射光。各条缝的衍射光在屏上的光强散布地点同样。（ 2）多缝衍射是N束单缝衍射光的干预。或N个单缝衍射图样的相关叠加（ 3）光栅衍射是单缝衍射和多光束干预的综合三.条纹特色1.主极大（1）明纹条件：光栅方程dsin=k(k=0,1,2,)是主极大的必需条件，不是充足条件(还出缺级问题，见后)。（2）地点：x=f（tg）=f（sin）=f(k/d)(k=0,1,2,)和缝数N没关（ 3）亮度：各条缝的光在主极大处惹起的分振动同相。主极大处的合振幅是同一方向(同角)单缝衍射光振
3、幅A单的N倍。主极大处的亮度是同一方向(同角)单缝衍射光强I单的N2倍。（4）主极大的最高等次：0sin12dabkkmax（5）缺级：如某主极大的地点(角)和单缝的某暗纹地点(角)重合，则此主极大不出现缺级(missingorder)。主极大相长干预单缝暗纹光强为零“零光强”的相长干预，光强仍为零。所缺级次由dsin=k(光栅亮纹条件)和asin=k单(单缝暗纹条件)有k缺=(d)k单,a(k单=1,2,3,)若d=4a，则缺4,8,12,16,级（6）单缝中央亮纹范围内的主极大个数2(a)-1(当d/a为整数)d2.极小（暗纹）（1）暗纹条件:dsin=(m)N(m0,N,2N,)m=12
4、N-1N+12N-12N+13N-13N+14N-14N+1（2）相邻两主极大间有N-1个极小。3.次极大（ 1）次极大亮度与主极大亮度对比很小，一般可不计。（ 2）相邻两极小间有一个次极大，相邻两主极大间有N-2个次极大。4.主极大部分角宽k=Ndcosk5.光栅缝数N增添，主极大宽度减小，主极大亮度加强，次极大亮度减弱，形成二个主极大之间的一片暗区。I0单I单-2-101-8-404I2I0单N光栅衍射单缝衍射光强曲线轮廓线-8-404光栅衍射光强曲线的画法2sin(/a)8 sin(/d)N=4d=4a8sin(/d)光栅衍射的各主极大的光强不再同样。四.d，a对条纹的影响(1)a不变，
5、d减小a 不变单缝衍射的轮廓线不变（由单缝衍射的暗纹asink可推出）d减小主极大地点变稀（由光栅衍射主极大dsink可推出）单缝中央亮纹范围内的主极大个数减小（由2(d)1a可推出）缺级的级次变低（由缺级级次k(d)k可推出）a(2)d不变，a减小d不变各主极大地点不变（由dsink可推出）a减小单缝衍射的轮廓线变宽（由asink可推出）单缝中央亮纹范围内的主极大个数增添（由2(d)1获取）(d)k可获取）a缺级的级次变高（由ka极端情况：当a0时，单缝衍射的轮廓线变成水平直线，第一暗纹在处；各主极大光强同样多缝衍射多缝干预多缝干预是多缝衍射在a0时的极端情况。单缝衍射多缝衍射d=10a缺级
6、缺级五.衍射光谱当用白光垂直正入射光栅时，除k=0级明条纹以外，其他各级明条纹地点均与入射光波长相关。-2级-1级0级1级2级(白)光栅光谱条纹的重叠：若1的k1级主极大与2的k2级主极大重叠在一同（对应同一衍射角），则dsink11k22假如14000A和26000A，则这两种波长的光经光栅衍射以后，重叠的主极大的级次为：k12k11k22k216000369121518400024681012因此，14000A的重叠的主极大级次为3，6，9，12，15，18，26000A的重叠的主极大级次为2，4，6，8，10，12，。12.8偏振光(Polarizationoflight)马吕斯定律光的
7、偏振证了然光的横波性。一.线偏振光（完整偏振光）1.线偏振光：光波中的光矢量(E)只沿单调方向振动的光称作线偏振光(linearpolarizedlight)。流传方向Exo动面振面对光的流传方向看(a)(b)线偏振光的振动方向2.振动面：由光矢量的振动方向和光的流传方向构成的面。光矢量在振动面内线偏振光又称平面偏振光3.线偏振光的分解：线偏振光的光振动可沿两个互相垂直的方向分解。yEx=EcosEyExEy=EsinoEx依靠于x,y方向的选用。线偏振光的分解思虑：分解后的两振动相位同相。4.线偏振光的表示法光振动垂直板面光振动平行板面线偏振光的表示法二.自然光(非偏振光)1.一般光源发光的
8、是自然光一般光源各原子发光是独立的，所发波列的振动方向间没有必定的关系(振动方向随机)。光波中包括了所有方向的横振动，没有优势方向。因此一般光源所发的光自然光(naturallight)又称非偏振光(nonpolarizedlight，unpolarizedlight)。各方向振动间没有必定的相位关系，不能互相抵消。(a)自然光(b)自然光的分解自然光及其分解2.自然光的分解自然光的光振动可分解为两个振动方向互相垂直的、振幅相等的、无固定相位差的振动。一束自然光可分解为两束振动方向互相垂直的、等幅的、不相关的线偏振光。Ex=Ey与x、y方向选择没关。总光强I=Ix+Iy非相关叠加Ix=Iy=(
9、1/2)I3.自然光表示法自然光的表示法三 .部分偏振光(partialpolarizedlight)1.部分偏振光部分偏振光是相互无固定相位关系、振动方向随意、不一样方向上振幅不一样（有优势方向）的大批光振动的组合。2.部分偏振光的分解(a)部分偏振光(b)部分偏振光的分解部分偏振光及其分解可分解为两束振动方向互相垂直的、振幅不等的、无固定相位差的线偏振光3.部分偏振光的表示部分偏振光的表示法四.起偏1.起偏：由自然光获取偏振光称起偏。起偏器(polarizer)：相应的光学器件。起偏的原理利用某种形式的不对称性：物质的二向色性；光的反射和折射；光的散射；光在晶体上的双折射。2.偏振片偏振片是由自然光获取线偏振光的平面片状器件。它利用晶体的二向色性(只对某一方向的光振动有激烈汲取)起偏。?经过偏振片的透射光的振动方向与偏振片的透振方
