《大学物理23.2单缝夫琅禾费衍射和光栅衍射》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理23.2单缝夫琅禾费衍射和光栅衍射（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、23.2 单缝的夫琅禾费衍射单缝的夫琅禾费衍射单缝衍射和双缝干涉条纹比较。单缝衍射和双缝干涉条纹比较。单缝衍射条纹单缝衍射条纹双缝干涉条纹双缝干涉条纹（1） N 缝干涉缝干涉23.5 23.5 光的衍射和惠更斯光的衍射和惠更斯- -菲涅耳原理菲涅耳原理ad f透透镜镜I/I0（2）衍射对干涉的影响：）衍射对干涉的影响： 双缝干涉条纹各级主极大的双缝干涉条纹各级主极大的强度强度不再相等，而不再相等，而是是受受到了衍射的调制到了衍射的调制。主极大的位置。主极大的位置没有变化。没有变化。双缝为例：双缝为例：sin I/ /I0 0sin I/ /I0 0a)b)sin I/ /I0 0c)缺缺 4，
2、 8， 12等主极等主极大级次大级次0 00 00 01245-1-2 -4-5I/I0缺缺级级缺缺级级-22例例1：一光栅，：一光栅，N=5, b=2a，试画出其光强分布曲线？，试画出其光强分布曲线？故故0缺级的明纹：缺级的明纹：23.6 23.6 光栅光谱光栅光谱1 1、光栅光谱光栅光谱光栅方程：光栅方程：0 0级级-1-1级级1 1级级-2-2级级2 2级级白光的光栅光谱白光的光栅光谱-3-3级级3 3级级波长为波长为 的第的第 kN+1 级极小的角位置级极小的角位置两者重合两者重合结论：当要求在某一级次结论：当要求在某一级次k的谱线上提高光栅的分辨本领的谱线上提高光栅的分辨本领时，必须
3、增大光栅的总缝数时，必须增大光栅的总缝数 N 。波长为波长为 的第的第 k 级主极大的角位置级主极大的角位置2 、光栅的色分辨本领光栅的色分辨本领1 1 、 X X射线的产生射线的产生K K：阴极，阴极，A A： 阳极阳极( (钼、钨、铜等金属钼、钨、铜等金属) )，A A和和K K间加几万伏高压，以加速阴极发射的热电子。间加几万伏高压，以加速阴极发射的热电子。23.8 23.8 X射线的衍射射线的衍射- -K KA AX X射线射线X射线管射线管+ +GX 射线射线 : 0.01nm10nm伦琴伦琴劳厄斑劳厄斑2 2 、劳厄劳厄（Laue）实验实验准直缝准直缝晶体晶体照相底片照相底片PPX
4、X 射线射线劳厄劳厄 d12晶面晶面ACB3 、布拉格公式布拉格公式: 掠射角掠射角d : 晶面间距晶面间距(晶格常数）晶格常数）干涉加强条件：干涉加强条件：布拉格公式布拉格公式2）应用）应用1）原理）原理 已知已知、d 可测可测 X 射线光谱分析。射线光谱分析。 已知已知、 可测可测d X 射线晶体结构分析。射线晶体结构分析。 dsin1 1 、 X X射线的产生射线的产生K K：阴极，阴极，A A： 阳极阳极( (钼、钨、铜等金属钼、钨、铜等金属) )，A A和和K K间加几万伏高压，以加速阴极发射的热电子。间加几万伏高压，以加速阴极发射的热电子。4.6 X4.6 X射线的衍射射线的衍射-
5、 -K KA AX X射线射线X X射线管射线管+ +GX 射线射线 : 0.01nm10nm伦琴伦琴劳厄斑劳厄斑2 2 、劳厄劳厄（Laue）实验实验准直缝准直缝晶体晶体照相底片照相底片PPX X 射线射线劳厄劳厄 d12晶面晶面ACB3 、布拉格公式布拉格公式: 掠射角掠射角d : 晶面间距晶面间距(晶格常数）晶格常数）干涉加强条件：干涉加强条件：布拉格布拉格公式公式2）应用应用1）原理）原理 已知已知、d 可测可测 X 射线光谱分析。射线光谱分析。 已知已知、 可测可测d X 射线晶体结构分析。射线晶体结构分析。 dsin24.1 24.1 光的偏振状态光的偏振状态第第2424章章 光的
6、偏振光的偏振24.2 24.2 线偏振光的获得和检验线偏振光的获得和检验24.3 24.3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 24.5 24.5 光的双折射光的双折射第第2424章章 光的偏振光的偏振光的光的偏振偏振;光的光的偏振态偏振态.光矢量：光矢量：24.124.1 光的偏振状态光的偏振状态分类：完全偏振光分类：完全偏振光自然光自然光线偏振光线偏振光椭圆（圆）偏振光椭圆（圆）偏振光部分偏部分偏振光振光1.完全偏振光完全偏振光1).线偏振光线偏振光振动面振动面( (光振动平行板面光振动平行板面) )(光振动垂直板面光振动垂直板面)表示表示: :2). 椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光
7、和圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光圆偏振光圆偏振光面对光源观察：面对光源观察：光矢量方向按光矢量方向按顺时针顺时针方向旋方向旋转的，称为转的，称为右旋偏振光右旋偏振光；光矢量方向按光矢量方向按逆时针逆时针方向旋方向旋转的，称为左旋偏振光。转的，称为左旋偏振光。 Right Left2.非偏振光非偏振光XYZ（自然光）（自然光） 表示表示: : 自自然然光光可可用用两两个个相相互互独独立立、没没有有固固定定相相位位关关系系、等等振振幅幅且振动方向相互垂直的线偏振光表示且振动方向相互垂直的线偏振光表示。3.3.部分偏振光部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光部部分分偏偏振振光光
8、可可用用两两个个相相互互独独立立、没没有有固固定定相相位位关关系系、不不等等振振幅幅且且振振动动方向相互垂直的线偏振光表示。方向相互垂直的线偏振光表示。 部分偏振光的表示法部分偏振光的表示法24.224.2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验T发射器发射器接收器接收器R“线栅线栅” 通光方向（偏振化方向）通光方向（偏振化方向） 1. 1. 偏振片：偏振片：2 2. 起偏和检偏起偏和检偏自然光自然光 I1线偏振光线偏振光 I0偏振化方向偏振化方向线偏振光线偏振光 I3 3. 马吕斯定律马吕斯定律( (马吕斯定律马吕斯定律) ) 消光消光当当起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光 I1线偏振光
9、线偏振光I0偏振化方向偏振化方向线偏振光线偏振光I起偏器起偏器检偏器检偏器P1P2思考：思考：2 2）将）将P P2 2旋转旋转3603600 0，透过它的光强有何变化？，透过它的光强有何变化？ 线偏振光透过偏振片后光强变化，将出现两明两暗。（有消光现象）线偏振光透过偏振片后光强变化，将出现两明两暗。（有消光现象）自然光透过偏振片后光强不变，但只有入射光强的一半。自然光透过偏振片后光强不变，但只有入射光强的一半。1 1）将）将P P1 1旋转旋转3603600 0，透过它的光强有何变化？，透过它的光强有何变化？3）判断：仅用一块偏振片，如何通过观察透射光强变化区分）判断：仅用一块偏振片，如何通
10、过观察透射光强变化区分线偏线偏振光、自然光振光、自然光、部分偏振光部分偏振光？ （1）强度有变化，而且有消光现象）强度有变化，而且有消光现象 线偏振光线偏振光（2） 强度没有变化强度没有变化 自然光自然光（3）强度有变化，但无消光现象）强度有变化，但无消光现象 部分偏振光部分偏振光四、偏振光的应用四、偏振光的应用 1、汽车车灯、汽车车灯2、太阳镜、太阳镜你能说明为什么吗你能说明为什么吗？光强为光强为 I0 的自然光相继通过偏振片的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3后光强为后光强为I3 ，已知，已知P1 P3，问：问：P1、P2间夹角多大时间夹角多大时I3最大最大 ？解解: 分析分析P1P2P
11、3I0I3I1I2例例1: P3P1P2例例2 2： 用用两两偏偏振振片片平平行行放放置置作作为为起起偏偏器器和和检检偏偏器器。在在它它们们的的偏偏振振化化方方向向成成30300 0角角时时，观观测测一一光光源源，又又在在成成60600 0角角时时，观观察察同同一一位位置置处处的的另另一一光光源源，两两次次所所得得的的强强度度相相等等。求求两两光光源源照照到到起起偏偏器上光强之比。器上光强之比。透过检偏器后光的强度为透过检偏器后光的强度为按题意：按题意：即：即：解解 : :令令I I1 1和和I I2 2分别为两光源照到起偏器上的光强。分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起偏器后，光的强度分别
12、为透过起偏器后，光的强度分别为I I1 1/2/2和和I I2 2 /2 /2。平行放置两偏振片，使它们的偏振化方向成平行放置两偏振片，使它们的偏振化方向成 60 夹角。让夹角。让自然光垂直入射后自然光垂直入射后,下列两种情况下：下列两种情况下：(1) 无吸收时，有无吸收时，有(1) 两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线均无吸收两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线均无吸收例例3：求求解解(2) 有吸收时，有有吸收时，有(2) 两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线分别吸收两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线分别吸收了了10% 的能量的能量透射光的光强与入射光的光强之比是多大？透射
13、光的光强与入射光的光强之比是多大？24.3 反射和折射产生的偏振反射和折射产生的偏振1 1. 反射和折射产生的偏振反射和折射产生的偏振ib 布儒斯特角或起偏角布儒斯特角或起偏角自自然然光光反反射射和和折折射射后后产产生生部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光ib+=90o 时，反射光为线偏振光时，反射光为线偏振光2 2. 布儒斯特定律布儒斯特定律 垂直垂直于入射面的振动大于于入射面的振动大于平行平行于入射面的振动于入射面的振动 。平行平行于入射面的振动大于于入射面的振动大于垂直垂直于入射面的振动于入射面的振动 。1 1）反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光）反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光
14、；以以布儒斯特角布儒斯特角入射时：入射时：线偏振光线偏振光例如：例如：i i0 0互互余余! !n n1 1 =1.00 =1.00（空气空气）；）；n n2 2 =1.50 =1.50（玻璃玻璃），则：），则：由空气由空气玻璃玻璃由由玻璃玻璃空气空气2 2）反射光和折射光传播方向相互垂直；）反射光和折射光传播方向相互垂直；3 3）反射光是线偏振光但光强弱，折射光是部分偏振光但）反射光是线偏振光但光强弱，折射光是部分偏振光但 光强强。光强强。玻璃片堆：玻璃片堆：许多玻璃片叠起来，许多玻璃片叠起来，用以增大反射用以增大反射光光的强的强 度和折射光度和折射光的偏振化程度。的偏振化程度。接近线偏振光
15、接近线偏振光3、应用、应用 玻璃片堆玻璃片堆i0线偏振光线偏振光例例：画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。24.5 24.5 光的双折射光的双折射1、双折射现象：双折射现象：一束光入射到一束光入射到各向异性介质各向异性介质折射后出现两束折射后出现两束折射光线的现象。折射光线的现象。寻常光线和非常光线寻常光线和非常光线n1n2各向异性媒质各向异性媒质o光光oee光光 eo i自然光自然光寻常光线（寻常光线（o o光）：光）： 遵从折射定律遵从折射定律非常光线（非常光线（e e光）光） : : 一一般不遵从折射定律般不遵从折射定律注意：注
16、意：e e 光折射线也不一定在入射面内！光折射线也不一定在入射面内！ o o光和光和e e光都是线偏振光光都是线偏振光2、晶体的性质、晶体的性质 当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向传传播播时时将将不不发发生生双双折折射射，该该方向称为晶体的方向称为晶体的光轴光轴，例如例如 ：方解石晶体：方解石晶体(冰洲石冰洲石) 光光轴轴是是一一特特殊殊的的方方向向, ,凡凡平平行行于于此此方向的直线均为光轴。方向的直线均为光轴。单轴晶体：只有一个光轴的晶体单轴晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体A光轴光轴102B方解石晶体方解石晶体1）光轴）光轴2）
17、正晶体、负晶体）正晶体、负晶体 寻常光线的传播速度为寻常光线的传播速度为v0，非常光线在晶体内各个方向的传播速非常光线在晶体内各个方向的传播速度不一样，在垂直于光轴方向的传播速度为度不一样，在垂直于光轴方向的传播速度为ve。o 光光: :e 光光: :( o 光主折射率光主折射率)( e 光光主折射率主折射率)78ECD 正晶体正晶体 子波源子波源光轴光轴vo tve t o波面波面e波面波面( 平行光轴截面平行光轴截面 )( 垂直光轴截面垂直光轴截面 )负晶体负晶体光轴光轴 子波源子波源vo tve te波面波面o波面波面( 平行光轴截面平行光轴截面 )( 垂直光轴截面垂直光轴截面 )o波面
18、波面o波面波面e波面波面e波面波面3 3）主平面）主平面e e 光振动方向在主平面内光振动方向在主平面内o o 光振动方向垂直于主平面光振动方向垂直于主平面光轴光轴光轴光轴e光光o光光 e e 光的光的 主平面主平面 O O 光的光的 主平面主平面晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。 光轴在入射面时光轴在入射面时, ,o o 光主平面和光主平面和e e 光主平面重合光主平面重合, ,此时此时o o光光 光振动和光振动和e e光光振动相互垂直。一般情况下，两个主平面夹角很光光振动相互垂直。一般情况下，两个主平面夹角很小，故可认为小，故可认为o o 光振
19、动和光振动和e e 光振动仍然相互垂直。光振动仍然相互垂直。3、惠更斯原理在双折射现象中的应用惠更斯原理在双折射现象中的应用1 1） 光轴平行于晶体表面，自然光垂直入射光轴平行于晶体表面，自然光垂直入射. .o o、e e 光光传播传播方向方向相同相同，但速度，但速度不同，有双折射现象。不同，有双折射现象。空气空气方解石晶体方解石晶体光轴光轴 o光光e光光o光光e光光AB空气空气方解石方解石光轴光轴 icto光光e光光2 2） 光轴平行于晶体表面，自然光斜入射光轴平行于晶体表面，自然光斜入射. . ot e etABCo光光e光光 3）光轴平行于晶体表面且垂直于入射面，）光轴平行于晶体表面且垂
20、直于入射面，自然光斜入射自然光斜入射. . io光光e光光空气空气 方解石晶体方解石晶体光轴光轴 o光光e光光ct e et otABC 空气空气 方解石晶体方解石晶体AB4）光轴在入射面内并垂直于晶体表面，自然光垂直入射）光轴在入射面内并垂直于晶体表面，自然光垂直入射.光轴光轴o波面波面e波面波面 光在光在晶体内沿光轴方向传播，不发生双折射。晶体内沿光轴方向传播，不发生双折射。5 ）光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射）光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射. 空气空气方解石晶体方解石晶体AB光轴光轴o波面波面e波面波面o光光o光光e光光e光光6）光轴与晶体表面斜交，自然光斜入射）光轴与晶体表面斜
21、交，自然光斜入射 空气空气方解石晶体方解石晶体AB光轴光轴o光光o光光e光光e光光iCct1）晶体的二向色性和偏振片晶体的二向色性和偏振片 光轴光轴e光光电气石电气石光轴光轴 某些晶体对某些晶体对相互垂直的光振动有选择吸收的性能相互垂直的光振动有选择吸收的性能，这叫，这叫晶体的二向色性。晶体的二向色性。4、晶体偏振器件晶体偏振器件 方解石方解石玻璃玻璃胶合剂胶合剂 oi光轴光轴2） 偏振棱镜偏振棱镜偏光镜偏光镜: 格兰格兰汤姆孙棱镜汤姆孙棱镜光轴的取向使光轴的取向使o光、光、e光对应的恰是光对应的恰是no、 ne 。no (1.6584) ne(1.4864) n玻玻=1.655， n胶胶=1.655 n胶胶非常接近非常接近no ，所以入射自然光中的垂直分量几乎无偏折所以入射自然光中的垂直分量几乎无偏折射入方解石而后射入空气，但射入方解石而后射入空气，但ne比比n胶胶小，当入射角大于临界角小，当入射角大于临界角时，入射光中的平行振动在胶合剂与方解石的界面发生全反射，时，入射光中的平行振动在胶合剂与方解石的界面发生全反射，透过方解石的光就为线偏振光。透过方解石的光就为线偏振光。
