(清华大学完整)波动光学(下)ppt课件

.,1,22章4节多缝光栅衍射,.,2,一、光栅,反射式光栅,透射式光栅,.,3,.,4,二、光栅衍射的特点,（1）光栅衍射的强度被一个单缝图样调制,光栅衍射强度分布,双缝衍射强度分布,.,5,（2）主极大是明亮纤细的亮纹，相邻亮纹间是一片宽广的暗区，暗区中存在一些微弱的明条纹，称次极大。,（3）主极大是各缝出来的衍射光干涉而成的，其位置：,.,6,N为缝数d=a+b为缝间距（光栅常数）,光栅方程,.,7,N2N,N-1条暗纹,K级明纹旁是KN-1和KN+1级暗纹,4条缝5条缝,.,8,（4）缺级现象：为整数比时，缺k级。,（5）主极大特别明亮而且尖细，是因为缝多。,N为缝数,d为缝间距，k为k级主极大的半角宽度,可以证明，主极大强度IN2,d一定时，缝数越多，条纹越尖细,中央主极大,k,.,9,例1、波长为=590nm的平行光正入射到每毫米500条刻痕的光栅上时，屏幕上最多可以看到多少条明纹？,解：光栅常数,可以看到条明纹,例2、在上题条件下，平行光斜入射i=300时，屏幕上最多可以看到哪些条明纹？,.,10,解：光栅方程为,注意：平行光斜入射时，光栅方程为,总共见到7条，上方5条，下方1条,总共见到7条，上方1条，下方5条,.,11,但从第一个天线到第N个天线,位相依次落后/2,若相邻天线中心间的距离d=/2，问：离天线很远处什么方向上，（与天线列阵的法线夹角=?）天线列阵发射的电磁波最强?,例3、天线列阵由一沿水平直线等距排列的N个天线组成，每个天线均发射波长为的球面电磁波.,.,12,q,解:,最强,实际上中央明纹在=-300的方向上。,=?,？,.,13,22章5节圆孔衍射光学仪器的分辨率,.,14,一、圆孔夫琅和费衍射,.,15,能够区分多么近的两个物点,是光学仪器的重要性能。,一、圆孔夫琅和费衍射,爱里斑,二、光学仪器的分辨率,1、透镜的分辨率瑞利判据,刚好可以辨别,.,16,瑞利判据,.,17,刚好能分辨时，S1、S2两点间的距离是光学仪器的可分辨的最小距离x，R是最小分辨角。,理论证明,第一极小,分辨率（分辨本领）：,定义为,越大越好,最小分辨距离：,另：,.,18,例4、人眼的瞳孔用的光考虑，设求：,解：,2、光栅的分辨率,光栅、棱镜等类光学仪器的分辨率是指把波长靠得很近的两条谱线、分辨清楚的本领。定义为：,.,19,22章6节x射线衍射（布喇格衍射）,.,20,X射线：=1A0,用晶体作三维光栅,一、衍射现象,劳厄斑,.,21,劳厄斑,.,22,二、布喇格公式,亮斑的位置：,作用：（1）已知晶格常数d及亮斑的位置，可求x射线的波长。,（2）根据图样及，可研究晶格结构和x射线本身的性质,.,23,22章6节x射线衍射（布喇格衍射）,演示：单缝衍射、双缝衍射、多缝衍射、圆孔衍射.,.,24,X射线：=1A0,用晶体作三维光栅,一、衍射现象,劳厄斑,.,25,劳厄斑,.,26,二、布喇格公式,亮斑的位置：,作用：（1）已知晶格常数d及亮斑的位置，可求x射线的波长,（2）根据图样及，可研究晶格结构和x射线本身的性质,.,27,第23章光的偏振,.,28,231、偏振光与自然光,一、光的偏振现象：,偏振是横波特有的现象，如机械横波,B转900后波不能通过偏振现象.,如光波能发生这种现象，就是横波。,实验1：演示,观察太阳光或灯光，看到偏振片透明，将偏振片转过900后，情况不变。,问题：光波是不是横波？!,偏振化方向,.,29,实验2：演示,偏振片透明,偏振片全黑（消光现象）,B绕轴旋转，强度发生变化,说明了光波是横波。,问题：如何解释实验1、2？,.,30,二、自然光与偏振光,偏振光,线偏振（完全偏振）部分偏振椭圆（圆）偏振,1、线偏振光：光波的振动方向只有一个方向,2、部分偏振光：各振动方向都有，有一个方向占优势。,表示法：,表示法：,.,31,3、椭圆（圆）偏振光：,一个振动方向，但振动方向随时间变化（变化沿椭圆）,4、自然光：实际的光源中许多原子同时跃迁独立发光，方向各不相同，但机会均等。,表示法：,自然光可分解为两个垂直的、振幅相等的独立光振动。,表示法：,.,32,实验1：,实验2:,偏振片透明,偏振片全黑（消光现象）,B绕轴旋转，强度发生变化,偏振片透明,绕轴旋转，情况不变,现在可以解释实验1、2了,.,33,利用偏振片的选择吸收获得线偏振光,起偏器,检偏器,偏振片的起偏与检偏作用,三、如何由自然光获得线偏振光？,偏振化方向,.,34,232马吕斯定律,研究透射光的强度,注意（1）若自然光在a的前方强度是I0，则过a后的强度是,（2）由马吕斯定律知,.,35,233反射和折射时光的偏振,一、反射光的偏振：,马吕斯发现自然光反射时，可以产生部分偏振光或完全偏振光,.,36,.,37,.,38,当i=i0时，反射光为完全偏振光。i0叫起偏角,.,39,二、折射光的偏振,.,40,三、布儒斯特定律,起偏角,反射光是完全偏振光时，实验证明：,.,41,234、光的双折射现象,一、晶体对光的双折射现象,O光：寻常光线，遵循折射定律e光：非常光线，不遵循折射定律,方解石CaCO3,二、双折射现象产生的原因各向同性的介质各方向对光的折射率n相同，不产生双折射,对O光：一个折射率对e光：无数个折射率,但CaCO3等类各向异性晶体,CaCO3,.,42,三、几个概念,1、晶体的光轴：是一个特殊的方向，沿着此方向传播的光不发生双折射。,2、晶体的主截面,3、光线的主平面,注意：,*重点研究：,*o光e光的主平面不一定相同,o光的振动方向o光的主平面,e光的振动方向/e光的主平面,（A）入射光在主截面内（B）主平面、主截面为同一平面（C）o光振动方向e光振动方向,*主平面，主截面不一定相同,.,43,4、正晶体、负晶体,负晶体,变化,在垂直于光轴的方向上,负晶体的主折射率,v0,ve,负晶体,正晶体,晶体的折射率,常数,光轴,.,44,第23章光的偏振,.,45,234、光的双折射现象,一、晶体对光的双折射现象,O光：寻常光线，遵循折射定律e光：非常光线，不遵循折射定律,方解石CaCO3,二、双折射现象产生的原因各向同性的介质各方向对光的折射率n相同，不产生双折射,对O光：一个折射率对e光：无数个折射率,但CaCO3等类各向异性晶体,CaCO3,.,46,三、几个概念,1、晶体的光轴：是一个特殊的方向，沿着此方向传播的光不发生双折射。,2、晶体的主截面,3、光线的主平面,注意：,*重点研究：,*o光e光的主平面不一定相同,o光的振动方向o光的主平面,e光的振动方向/e光的主平面,（A）入射光在主截面内（B）主平面、主截面为同一平面（C）o光振动方向e光振动方向,*主平面，主截面不一定相同,.,47,4、正晶体、负晶体,负晶体,变化,在垂直于光轴的方向上,负晶体的主折射率,v0,ve,负晶体,正晶体,晶体的折射率,常数,光轴,.,48,四、用惠更斯原理解释双折射现象,.,49,五、利用双折射获得线偏振光,1、尼科尔棱镜（用方解石粘结而成，得到e光）,方解石,加拿大树胶,2、格兰汤姆逊棱镜（略，得到o光）,e,.,50,为任意值，合振动的轨迹为一般椭圆,235波晶片，偏振光的干涉,一、椭圆偏振光与圆偏振光的产生,回顾互相垂直的机械振动的合成,为直线,为椭圆,为正椭圆,.,51,对光振动：相同，恒定，振动方向互相垂直,任一椭圆,正椭圆,圆,注意：,（1）自然光在双折射晶体中产生的o光、e光迭加，不能产生椭圆偏振光。,（2）由同一单色的偏振光在双折射晶体中分成的o光、e光可能产生椭圆偏振光。,.,52,*k时晶片出来的光是椭圆偏振光,*=k时，(k=1,2)仍为线偏振光,k为偶数，振动方向不变k为奇数振动方向改变2,A,A0,Ae,a,光轴,主平面,=450时，是圆偏振光,.,53,.,54,二、波晶片：（1/2波片，1/4波片）,1、/2波片：晶片的厚度d，使光程差为/2,符合,入射光是线偏振光时，从/2波片中出来仍是线偏振光,2、/4波片：光程差,符合,入射是线偏振光时，从/4波片中出来仍是椭圆偏振光,注意：/2波片、/4波片是对一定的而言的。,.,55,三、偏振光的干涉,研究在同一平面上振动的两偏振光的干涉,偏振片B附加位相差,从C出射的o光、e光通过B后才会产生通常意义下的干涉,从C出射的o光、e光能否产生干涉？,1、A,B两偏振片的偏振化方向互相垂直放置,.,56,晶面上O光、e光的位相相同,从晶体中出来后，O光、e光位相差为,偏振片B附加位相差,.,57,2、A,B两偏振片的偏振化方向平行放置,只取决于晶体板带来的位相差,注意：由于,在白光的照射下，对同一晶板，在正交系统中出现的颜色与平行系统中出现的颜色互补色偏振现象,.,58,例：在两个偏振化方向互为正交的偏振片P1、P2之间放进厚度为d=1.71310-4m晶体片，此晶片的光轴平行于晶片表面而且与P1、P2的偏振化方向皆成450角，以=589.3nm的自然光垂直入射到P1上，该晶体对此光的折射率n0=1.658ne=1.486,（1）说明1、2、3区域光的偏振态（2）求3区域光强与入射光强I0