《波动光学zhao》PPT课件.ppt

例题一在宽度a 0 6mm的狭缝后d 40cm处有一与狭缝平行的屏 如图所示 如以平行单色光自左面垂直照射狭缝 在屏上形成衍射条纹 若在离o点为x 1 4mm的p点 看到的是明纹 试求 1 该入射光的波长 2 p点的条纹级数 3 从p点来看 对该光波而言 狭缝的波振面可分半波带的数目 2 由上问知k 3或k 4 3 由菲涅耳半波带法可知 可以分成2k 1个半波带 即可分为7或9个 4 7衍射光栅 衍射光栅 由大量等宽 等间距的平行狭缝所组成的光学元件 缝宽a 缝间距b 则光栅常数为d a b 衍射光栅分类 透射光栅反射光栅 1 光垂直入射 1 平行单色光光垂直入射 光栅衍射相当于 缝与缝间的干涉每个单缝的衍射总效果 光栅公式 由于满足光栅公式的明纹窄而明亮 故称之为主极大明纹 在两主极大明纹之间充满大量的暗纹及少量的次极大明纹 光栅衍射图样的特点 1 条纹中出现一系列新的强度极大和极小 分别称为主极大明纹和次极大明纹 2 主极大明纹的位置与缝数N无关 但条纹的宽度随N的增加而减小 同时亮度随N的增加而增加 3 相邻的两主极大条纹中 有N 1条暗纹 N 2条次极大明纹 次极大明纹的亮度随N的增加而减小 N很大时 主极大间一片暗场 1条缝 20条缝 3条缝 5条缝 光栅中狭缝条数越多 明纹越亮 4 强度分布曲线中保留了单缝衍射的痕迹 再考虑每个单缝的衍射 同时满足 的衍射线 在屏上将不出现主极大明纹 将此现象称为缺级现象 此时有 当 k为整数的级为缺级 例如 设缝数N 4 d a b 3a 如图所示 每个单缝的衍射强度分布曲线为 a 缝间的干涉为 b 总的效果为 c 从图中可以看出前面总结的衍射图样的特点 同时还可看出 3 6 9 缺级 对上述光栅 当单色光垂直照射时 问 单缝衍射图样中央明纹范围内有几条主极大条纹 解 单缝中央明纹满足 所以对于光栅衍射有 去掉缺级 共5条 与图中一致 2 白光垂直照射 由光栅公式可知 在 a b 给定的情况下 对于同一k 的大小与 成正比 从而使各单色光的条纹分开 形成衍射光谱 特点 1 中央明纹 即k 0条纹仍为白色 2 在中央明纹两侧对称排列着各级光谱 3 由于每一级光谱中 各谱线的间距随k的增加而增加 从而使高级数的光谱彼此将有重叠 例如二级光谱重叠部分光谱范围 二级光谱重叠部分 2 光斜入射 图示角度 相邻两缝光线的光程差为 主极大满足 缺级满足 整数为缺级 4 9X射线衍射布喇格公式 1885年伦琴发现 受高速电子撞击的金属会发射一种穿透性很强的射线称 射线 天然晶体可以看作是光栅常数很小的空间三维衍射光栅 1912年劳厄的实验装置 如图 在乳胶板上形成对称分布的若干衍射斑点 称为劳厄斑 1913年英国物理学家布喇格父子提出一种简化了的研究X射线衍射的方法 与劳厄理论结果一致 1913年英国布拉格父子提出了一种解释 射线衍射的方法 给出了定量结果 并于1915年荣获物理学诺贝尔奖 掠射角 晶格常数 相邻两个晶面反射的两X射线干涉加强的条件 布拉格公式 用途测量射线的波长研究X射线谱 进而研究原子结构 研究晶体的结构 进一步研究材料性能 例如对大分子DNA晶体的成千张的X射线衍射照片的分析 显示出DNA分子的双螺旋结构 DNA晶体的X衍射照片 DNA分子的双螺旋结构 布拉格公式 机械横波与纵波的区别 机械波穿过狭缝 4 10自然光和偏振光 一 自然光偏振光 自然光 一般光源发出的光中 包含着各个方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等 轴对称 这样的光叫自然光 自然光以两互相垂直的互为独立的 无确定的相位关系 振幅相等的光振动表示 并各具有一半的振动能量 各光矢量间无固定的相位关系 二互相垂直方向是任选的 偏振光 线偏振光 部分偏振光 某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光 光振动只沿某一固定方向的光 二 偏振片起偏与检偏 二向色性 某些物质能吸收某一方向的光振动 而只让与这个方向垂直的光振动通过 这种性质称二向色性 偏振片 涂有二向色性材料的透明薄片 偏振化方向 当自然光照射在偏振片上时 它只让某一特定方向的光通过 这个方向叫此偏振片的偏振化方向 检偏 三 马吕斯定律 1880年 马吕斯定律强度为的偏振光通过检偏振器后 出射光的强度为 例1有两个偏振片 一个用作起偏器 一个用作检偏器 当它们偏振化方向间的夹角为时 一束单色自然光穿过它们 出射光强为 当它们偏振化方向间的夹角为时 另一束单色自然光穿过它们 出射光强为 且 求两束单色自然光的强度之比 解设两束单色自然光的强度分别为和 经过起偏器后光强分别为和 经过检偏器后 若在间变化 如何变化 入射面入射光线和法线所成的平面 反射光部分偏振光 垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动 折射光部分偏振光 平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动 理论和实验证明 反射光的偏振化程度与入射角有关 光反射与折射时的偏振 4 12反射和折射时光的偏振 1 反射光和折射光互相垂直 2 根据光的可逆性 当入射光以角从介质入射于界面时 此角即为布儒斯特角 对于一般的光学玻璃 反射光的强度约占入射光强度的7 5 大部分光将透过玻璃 讨论下列光线的反射和折射 起偏角 讨论如图的装置为偏振片 问下列四种情况 屏上有无干涉条纹 1 去掉保留2 去掉保留3 去掉保留4 都