（眼视光基础）7光的衍射偏振课件

光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘 前进这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象。 Date1yy 隔墙有耳 Date2yy Date3yy 刀片边缘的衍射 圆屏衍射（泊松点） Date4yy Date5yy 一、 光的衍射（绕射）现象及其分类 缝较大时，光是直线传播的缝很小时，衍射现象明显 阴 影 屏幕屏幕 光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘 前进，这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象。 Date6yy 衍射和直线传播矛盾吗？ 波长要远大于孔的直径才发生明显衍射 机械波的衍射一般比较明显 如：声波的衍射 声波的波长 （）：17m-1.7cm 光波的衍射一般不明显（：0.7m 0.4m) 故此时可粗略地认为：光是沿直线传播的 Date7yy A.J.菲涅耳Date8yy 1、惠更斯-菲涅耳原理： 法国科学家菲涅耳从惠更斯“子波”假定出发，运用 子波相干叠加的方法，发展成惠更斯-菲涅耳原理：从同 一波阵面上各点发出的子波都是相干波，它们在空间某 点相遇时，将进行相干叠加而产生干涉现象。 Date9yy Date10yy Date11yy 2、菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 夫 琅 禾 费 衍 射 光源、屏与缝相距无限远 缝 在实验中实现 夫琅禾费衍射 菲 涅 尔 衍 射 缝 光源、屏与缝相距有限远 Date12yy Date13yy 3、衍射现象 （1）单缝衍射 （2）圆孔衍射 （3）光栅衍射 （1） （2） S E （3） Date14yy S * 屏幕 二、 单缝夫琅和费衍射 1、实验装置和现象 Date15yy 光源在透镜L1的物方焦平面，接收屏在L2象方焦平面 Date16yy 衍射图样光强分布 Date17yy Date18yy b f x A B C P 2、菲涅耳半波带： 单缝上下沿对应的光程差为： Date19yy 基本思想 将AB狭缝波面分成整数个波带，各波带面积相等 ，相邻波带的相位差为（相邻波带上的对应点到 达观察点的光程差为半个波长） Date20yy 2 2 2 2 asin 菲涅耳半波带法的原理： 当波面上对应点所发出 的光线到达BC平面的光程差 为半波长时 ，相遇时将相互 抵消。因此以半波长为单元 将波面AB分为若干个单元， 称为菲涅耳半波带 Date21yy f A A A B C a x 1 2 2 2 2 . . . . . P . . 如果波面AB可分为奇数个半波带， 屏上对应点为一明纹。 Date22yy a f . A A A B C x 1 2 2 . . . . . A 3 P . . . 如果波面AB可分为偶数个半波带， 屏上对应点为一暗纹。 Date23yy 结论：分成偶数半波带为暗纹。 分成奇数半波带为明纹。 Date24yy 中央明纹宽度：中央明纹两侧两个第一暗条纹之 间的区域，称做零极（或中央）明条纹。 Date25yy 单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？ Date26yy 越大， 越大，衍射效应越明显. 入射波长变化，衍射效应如何变化 ? Date27yy 比较 相同点：光的干涉和衍射均为波的叠加行 为，所得到的条纹都是明暗相间的，都可 以证明光的波动性 Date28yy 不同点 1、现象不同 光的干涉是满足相干条件的光的空间里相互叠加 而形成的明暗相间的条纹 光的衍射是光在传播空间里偏离直线传播而形成 的明暗相间的条纹 Date29yy 2、产生的条件不同 光的干涉，必须满足相干条件：频率相同、相差 恒定、振动方向相同 光的衍射需要满足的条件：障碍物或孔的尺寸比 光的波长小或差不多 Date30yy 3、产生的机理不同 干涉是有限多束光（分离的）相干叠加 衍射是波阵面上无限多子波连续的相干叠加 Date31yy 光的干涉条纹和衍射条纹的比较 Date32yy 4、图样不同 以单色光为例：干涉图样是互相平行的且条纹宽 度相同，中央和两侧的条纹没有区别 衍射条纹是平行不等距的，中央明条纹又宽又亮 ，两边条纹宽度变窄，亮度也明显减弱 Date33yy 当光波射到小圆孔时 ？ Date34yy 二、 圆孔衍射 艾 里 斑 ：艾里斑直径 中央是个明亮的圆圆斑，外围围是一组组同心的明环环和暗环环。 中央明区集中了衍射光能的83.5%，称为艾里斑 Date35yy Date36yy 1. 瑞利判据 对于两个强度相等的不相干的点光源（物点） ，一个点光源的衍射图样的艾里斑中心刚好和另一 点光源衍射图样的第一个暗纹相重合，这时两个点 光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨. Date37yy s 1 s 2 1 0 D * * 在恰能分辨时，两个点光源在透镜前所张的角 度，称为最小分辨角0 。 Date38yy Date39yy 2. 光学仪器的分辨本领 最小分辨角 （两光点刚好能分辨） 光学仪器分辨率 Date40yy 1990 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ，最小分 辨角 ，在大气层 外 615km 高空绕地运行 , 可观察130亿光年远的太 空深处, 发现了500 亿个 星系 . Date41yy 例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm ，而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问 （1）人眼的最小分辨角有多大？ （2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处， 则两物点间距为多大时才能被分辨？ Date42yy 解（1） （2） s1 s2 1 0 D * * Date43yy 只有横波才有偏振现象 光波是横波，它具有偏振性 Date44yy 1.自然光和偏振光 可以把普遍光源发出的光看成是在所有振动方 向上振幅都相等的光。自然光 Date45yy 自然光 Date46yy E E 自然光可分解为两个方向任意互相垂直、振幅相等，没 有任意相位关系的光。 并且这两个方向的光振动的光强为自然光强度的一半。 Date47yy 如果光在传播过程中，只存在某一确定方向的振 动，这种光称为线偏振光或完全偏振光，简称偏振光 。 如果光既不是自然光，也不是完全偏振光，而是 某一方向的振动较另一正交方向的振动占优势，这 种光称为部分偏振光（多）。部分偏振光是自然光和完全偏振光 的叠加 Date48yy 完全偏振光 Date49yy 形象说明偏 振片的原理 通光方向 腰横别扁担进不了城门Date50yy 2 偏振片的起偏和检检偏 一.起偏 偏振片 非偏振光线偏振光 光轴 电气石晶片 偏振片的起偏 从自然光获获得偏振光 自然光I线偏振光 I P 偏振化方向 (透振方向) Date51yy 起偏 Date52yy 检偏：检测偏振光的过程。 偏振光：偏振片P2旋转一周时，光强度经历两次最明 、两次最暗的变化。 自然光：偏振片P2旋转一周时，光强度并不发生变化 。 Date53yy . . . . . 起偏器检偏器 自然光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化 Date54yy . . . . . 起偏器检偏器 自然光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化 Date55yy . . . . . 起偏器检偏器 自然光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化 Date56yy . . . . . 起偏器检偏器 自然光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化 Date57yy . . . . . 起偏器检偏器 自然光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化 Date58yy . . . . . 起偏器检偏器 自然光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化 两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零 Date59yy . . . . . 检偏器 自然光通过旋转的检偏器，光强不变 自然光 Date60yy . . . . . 检偏器 自然光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变 Date61yy . . . . . 检偏器 自然光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变 Date62yy . . . . . 检偏器 自然光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变 Date63yy . . . . . 检偏器 自然光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变 Date64yy