大学物理第十八章-波动光学

1、主要内容主要内容1 1、光的干涉、光的干涉2 2、光的衍射、光的衍射3 3、光的偏振、光的偏振自然光、偏振光、布儒斯特定律、自然光、偏振光、布儒斯特定律、马吕斯定律、双折射马吕斯定律、双折射单缝、圆孔、光栅、单缝、圆孔、光栅、X X射线射线杨氏双缝、薄膜、劈尖、牛顿环；杨氏双缝、薄膜、劈尖、牛顿环；教学要求教学要求1 1、理解获得相干光的方法、理解获得相干光的方法; ;掌握光程、光掌握光程、光程差概念程差概念; ;能分析杨氏双缝干涉、薄膜能分析杨氏双缝干涉、薄膜等厚干射条纹规律等厚干射条纹规律; ;了解迈克尔孙干涉了解迈克尔孙干涉仪的工作原理。仪的工作原理。2 2、了解惠更斯、了解惠更斯-菲涅

2、耳原理菲涅耳原理, ,能分析单缝能分析单缝衍射、光栅衍射谱线分布规律。衍射、光栅衍射谱线分布规律。3 3、理解自然光，线偏振光、布儒斯特定律、理解自然光，线偏振光、布儒斯特定律及马吕斯定律及马吕斯定律, ,了解双折射现象了解双折射现象, ,理解偏理解偏振光的获得方法和检验方法。振光的获得方法和检验方法。18-1 18-1 相干光源相干光源一、光源的发光本质一、光源的发光本质1 1、光是由光源中的原子或分子的运动、光是由光源中的原子或分子的运动状态发生变化时辐射出来的。状态发生变化时辐射出来的。2 2、两个独立的光源、同一个光源上不、两个独立的光源、同一个光源上不同部分不能构成相干光源。同部分不

3、能构成相干光源。二、获得相干光的方法二、获得相干光的方法1 1、分波阵面法、分波阵面法2 2、分振幅法、分振幅法3 3、采用激光光源、采用激光光源18-2 18-2 杨氏双缝实验杨氏双缝实验一、杨氏双缝实验一、杨氏双缝实验1 1、实验装置、实验装置 利用分波阵面法获得相干光，在屏利用分波阵面法获得相干光，在屏幕上出现明暗相间的干涉条纹幕上出现明暗相间的干涉条纹. .2 2、条纹分布规律、条纹分布规律条纹位置条纹位置r KK 0 1 2, ,干涉加强干涉加强 212012KK , ,干涉减弱干涉减弱aDx01r2r由图可知由图可知 22222rDxa 12222rDxa 两式相减得：两式相减得：

4、 21212rrrrax Da 212rrD rrraxD 21x Dakk 0 1 , ,明纹明纹 Dakk21201 , ,暗纹暗纹K=0 K=0 对应的明纹叫做中央明纹对应的明纹叫做中央明纹 x 0K=1 K=1 对应的明纹叫做一级明纹对应的明纹叫做一级明纹 xDa 相邻两明相邻两明( (暗暗) )条纹间距：条纹间距： xxxkkDa 1 AAAA A 2212122cos() IIII I 12122cos 2120 rIII IIr402cos() 光强分布光强分布 I 40Irk 条纹最亮条纹最亮 0212 rk 条纹最暗条纹最暗条纹分布特点条纹分布特点: :(1)(1)干涉条纹在

5、中央明纹两侧对称分布干涉条纹在中央明纹两侧对称分布; ;(2)(2)相邻两级明纹相邻两级明纹( (暗纹暗纹) )中心间距相等中心间距相等; ;xDa(4)(4)复色光入射复色光入射, ,在白色的中央明条纹两在白色的中央明条纹两侧出现对称的各级彩色明条纹侧出现对称的各级彩色明条纹. .(3)(3)各级明纹亮度相同各级明纹亮度相同 ; ;04II 二、二、 双双 镜镜1 1、实验装置、实验装置2 2、干涉分析、干涉分析两镜的反射光形成相干光，在屏幕两镜的反射光形成相干光，在屏幕相遇区产生干涉条纹。相遇区产生干涉条纹。3 3、条纹分布规律、条纹分布规律x Dakk 0 1 , ,明纹明纹 Dakk2

6、120 1 , ,暗纹暗纹xDarlrcossin2条纹间距：条纹间距：三、洛埃镜三、洛埃镜1 1、实验装置、实验装置2 2、干涉分析、干涉分析直射光和反射光形成相干光，在屏幕直射光和反射光形成相干光，在屏幕上产生明暗相间的干涉条纹上产生明暗相间的干涉条纹3 3、半波损失、半波损失当光从折射率较小的介质射向折射率当光从折射率较小的介质射向折射率较大的介质时，反射光的相位较入射光较大的介质时，反射光的相位较入射光的相位跃变了的相位跃变了 ，相当于反射光与入射，相当于反射光与入射光之间附加的光程差光之间附加的光程差 , ,这种现象叫做这种现象叫做光的光的 “ “半波损失半波损失”现象。现象。 2解

7、解:(1):(1)根据双缝干涉明纹的条件根据双缝干涉明纹的条件xkkDa , ,0 1 144141xxxkkDa (2)(2)若入射光的波长为若入射光的波长为6000 A6000 A，求相邻明纹，求相邻明纹间的距离间的距离. .(1)(1)从第一明纹到同侧旁第四明纹间的距离从第一明纹到同侧旁第四明纹间的距离为为7.5 7.5 ，求单色光的波长，求单色光的波长; ;mm例例1.1.一单色光照射到相距为一单色光照射到相距为0.2 0.2 的双缝上的双缝上, ,双缝与屏幕的垂直距离为双缝与屏幕的垂直距离为1 .1 .mmm将已知量代入上式，可得将已知量代入上式，可得: : 0 27 5100041

8、5410.mm(2)(2)当当 时时, ,相邻两明纹间的间距为相邻两明纹间的间距为 60000A xDamm 10000 263 0410. aDxkk 1 441复复 习习一、相干光源一、相干光源: :分波振面法、分振幅法分波振面法、分振幅法二、杨氏双缝干涉实验二、杨氏双缝干涉实验三、光程、光程差三、光程、光程差 kk 0 1 , ,加强加强 21201kk , ,减弱减弱x Dakk 0 1 , ,明纹明纹 Dakk2120 1 , ,暗纹暗纹 22DnDn 表明表明: :光在介质中传播时光在介质中传播时, ,其相位的变化其相位的变化不仅与光波传播的几何路程和光波在真空不仅与光波传播的几何

9、路程和光波在真空中的波长有关外中的波长有关外, ,还与介质的折射率有关。还与介质的折射率有关。一、光一、光 程程设有一频率为设有一频率为 的单色光，在真空中的单色光，在真空中波长为波长为 , ,在折射率为在折射率为 的介质中的介质中, ,波长波长变为变为 ; ;如果光波在介质中传播的如果光波在介质中传播的几何路程为几何路程为D,D,则相位的变化是：则相位的变化是：nnn v18-3 18-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉光程差光程差 从同一点光源发出的两束相从同一点光源发出的两束相干光干光, ,各自通过不同的介质和路经后各自通过不同的介质和路经后, ,在空在空间某点相遇时间某点相遇时, ,它们的

10、光程之差。它们的光程之差。光程差与相位差的关系：光程差与相位差的关系： 2 2.2.用光程差表示的干涉加强、减弱条件：用光程差表示的干涉加强、减弱条件： kk 0 1 , ,加强加强 2120 1kk , ,减弱减弱1.1.光程光程定义定义: :介质折射率介质折射率n n和光在介质中几何和光在介质中几何路程路程D D的乘积的乘积( (或光在真空中经历的路程或光在真空中经历的路程).).3.3.透镜的等光程性透镜的等光程性从垂直于入射光束的任一波面起，直到从垂直于入射光束的任一波面起，直到光束在透镜后焦面上的汇聚点，各条光线光束在透镜后焦面上的汇聚点，各条光线都具有相等的光程。都具有相等的光程。

11、光程差计算练习：光程差计算练习：en1r2r1.21.51.2（1） （2）e1 1、干涉条件、干涉条件abcdre1n2n1n()21nn 两束反射光的光程差为：两束反射光的光程差为：212nnabbcadabbcercosadacietgrisinsin2由由2221errinncossin sin12nnirsinsin由折射定律由折射定律2222221e nnisin二、薄膜干涉二、薄膜干涉( (平行平面薄膜平行平面薄膜) )干涉条件干涉条件: :2222221e nnisinkk12 , ,21201kk, ,垂直照射垂直照射 , ,则则i 022ne这时光程差仅由薄膜厚度决定这时光

12、程差仅由薄膜厚度决定 22ne() kk12 , ,增反膜增反膜21201kk, ,增透膜增透膜11n 21 38n .32nn e 2212422nenek()min 增反膜增反膜11n 32nn 22 35n .e增透膜增透膜 22422nenek min2 2、等倾干涉等倾干涉 2222221ennisin 入射角相同的光线经透镜后形成同入射角相同的光线经透镜后形成同一级圆形条纹，不同倾角的光线相应一级圆形条纹，不同倾角的光线相应形成不同半径明暗相间的干涉条纹。形成不同半径明暗相间的干涉条纹。18-4 18-4 劈尖劈尖 牛顿环牛顿环一、劈尖一、劈尖1.1.实验装置实验装置 2.2.条纹

13、分布规律条纹分布规律两相干光的光程差两相干光的光程差22ne干涉条件：干涉条件：22nekk12 , ,明纹明纹21201kk,暗蚊暗蚊等厚干涉等厚干涉(1)(1)相邻明相邻明( (暗暗) )纹对应的厚度差纹对应的厚度差K K 级明纹：级明纹：22nkkeK+1K+1级明纹：级明纹： 2211nkke eeekkn12结论结论: :相邻明纹（暗纹）间对应的厚度差为相邻明纹（暗纹）间对应的厚度差为光在劈形膜中的波长的二分之一。光在劈形膜中的波长的二分之一。 e(2)(2)相邻明相邻明( (暗暗) )纹间距纹间距L LLennsinsin223 3、劈形干涉的应用劈形干涉的应用(1)(1)干涉膨胀

14、仪干涉膨胀仪原理：原理： LLtLn2空气劈尖的上表面往上平移空气劈尖的上表面往上平移 的距离的距离, ,干涉干涉条纹在水平方向移动一条条纹在水平方向移动一条, ,数出在视场中移过数出在视场中移过条纹的数目条纹的数目, ,就能测得劈尖表面移动的距离。就能测得劈尖表面移动的距离。2(2)(2)薄膜厚度测量薄膜厚度测量将待测薄膜制成劈尖形状将待测薄膜制成劈尖形状, ,测出劈尖干涉测出劈尖干涉明纹的数目明纹的数目, ,就可算出薄膜的厚度。就可算出薄膜的厚度。(3)(3)检查光学元件表面质量检查光学元件表面质量用一标准光学平面和待验光学元件组用一标准光学平面和待验光学元件组成劈形膜成劈形膜, ,根据条

15、纹的规则度估算凹凸的根据条纹的规则度估算凹凸的不平整度不平整度. . HabHaabHab sin 22二、牛顿环二、牛顿环1 1、实验装置、实验装置 2 2、条纹分布规律、条纹分布规律Rre22 e Re2222 eRRrRer22 22 Rrkk 1 2 , ,明纹明纹21201kk, ,暗蚊暗蚊= =明环半径明环半径 ,2, 121 kRkr暗环半径暗环半径, 1 ,0 kkRr条纹分布特点条纹分布特点: :中心为暗点中心为暗点, ,由内向外由内向外, ,条纹逐渐变密。条纹逐渐变密。讨论讨论: :(1)(1)不同材料组成的牛顿环不同材料组成的牛顿环1.521.521.621.621.62

16、1.621.751.751.521.52(2)(2)由不同曲面、凸面组成的牛顿环由不同曲面、凸面组成的牛顿环R1R2RrRre221222 R1R2RrRre221222 将待测面和标准面叠放在一起，将待测面和标准面叠放在一起，观察牛顿环的数目和形状观察牛顿环的数目和形状 . . （2 2）测定透镜曲率半径）测定透镜曲率半径（3 3）测定光波波长）测定光波波长3 3、应应 用用: :（1 1）检验磨制透镜的质量）检验磨制透镜的质量18-5 18-5 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪一、干涉仪结构一、干涉仪结构当光程差有微小变化时，将会引起干当光程差有微小变化时，将会引起干涉条纹明显的移动涉条纹明显

17、的移动二、测长原理二、测长原理 当反射镜向前或向后移动当反射镜向前或向后移动 的距离时的距离时, ,干涉条纹移过一条干涉条纹移过一条, ,计算出视场中移过的计算出视场中移过的条纹数目条纹数目 , ,就可得反射镜移动的距离。就可得反射镜移动的距离。2ndn2一、光的衍射现象一、光的衍射现象sa(1)(1)直线传播直线传播a 几何几何 阴影区阴影区 几何几何 阴影区阴影区asE E(2)(2)发生衍射发生衍射相比拟与a18-6 18-6 光的衍射光的衍射E E 几何几何 阴影区阴影区 几何几何 阴影区阴影区二、衍射的分类二、衍射的分类1 1、菲涅耳衍射（近场衍射、菲涅耳衍射（近场衍射) )PSE依

18、光源、障碍物和观察屏三者位置关系依光源、障碍物和观察屏三者位置关系s sE EL1L22 2、夫琅和费衍射（远场衍射）、夫琅和费衍射（远场衍射）来自无穷远来自无穷远射向无穷远射向无穷远三、惠更斯三、惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理1 1、惠更斯原理、惠更斯原理从同一波面上各点发出的子波从同一波面上各点发出的子波,在传在传播到空间的某一点时播到空间的某一点时,各个子波也可以互各个子波也可以互相叠加而产生干涉现象。相叠加而产生干涉现象。子波干涉子波干涉2 2、惠更斯、惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理P PdsnS S r有有关关，并并与与 rdsAip0)(,2)( kk倾倾斜斜因因子子； SSrtrds

19、CkdEE)2cos()()2cos()(rtrdsCkdE 18-7 18-7 单缝夫琅和费衍射单缝夫琅和费衍射一、实验装置一、实验装置 s sE EL1L2二、单缝衍射条纹的特点二、单缝衍射条纹的特点1 1、衍射条纹明暗相间，对称分、衍射条纹明暗相间，对称分布在中央明纹两侧；布在中央明纹两侧；3 3、明纹级次越高，光强越弱。、明纹级次越高，光强越弱。2 2、中央明纹既亮又宽，为其它、中央明纹既亮又宽，为其它明纹宽度的两倍明纹宽度的两倍; ;三、衍射条纹特点分析三、衍射条纹特点分析1 1、菲涅耳菲涅耳半波带半波带1A2AABABE aLfP2 sinaACCO12k AA122 (2)暗纹（

20、偶数个半波带）暗纹（偶数个半波带）(3)明纹中心（奇数个半波带）明纹中心（奇数个半波带）2 2、衍射明暗纹条件分析、衍射明暗纹条件分析,2,1,2)12(sin kkak,2,1,22sin kkak sina思考思考: :a a、ACAC不等于半波长的整数倍时不等于半波长的整数倍时? ?b b、明纹级次越高、明纹级次越高, ,光强越弱光强越弱, ,怎么解释怎么解释? ?定性半定量研究方法定性半定量研究方法2sin ka3 3、明纹宽度、明纹宽度相邻两暗纹之间的距离相邻两暗纹之间的距离() 5o(1)中央明纹宽度中央明纹宽度afxl 2210kkkxxl 1afftgfx 111sinA AB

21、 BE EO OP P a a L Lf fx kaksin(2)(2)其它明纹宽度其它明纹宽度kaksinafakakf )1(中央明纹宽度中央明纹宽度afl 20ll20 )(1kktgtgf )sin(sin1kkf kkkxxl 1a a、缝愈窄、波长愈长缝愈窄、波长愈长, ,衍射愈显著衍射愈显著; ;当当 时时, ,各级条纹都密集于各级条纹都密集于 中央明纹附近中央明纹附近, ,只观察到一条亮只观察到一条亮 纹，即单缝的象。纹，即单缝的象。a 4 4、影响条纹分布的因素、影响条纹分布的因素)(fakxk c c、单缝上下平移，不影响条纹分布单缝上下平移，不影响条纹分布. .b b、白

22、光入射时，除中央明纹为白色白光入射时，除中央明纹为白色外，其它明纹均为彩色条纹外，其它明纹均为彩色条纹. .平行光平行光入射时入射时 18-8 18-8 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率一、一、夫琅和费圆孔衍射夫琅和费圆孔衍射 当单色平行光垂直照射到小圆孔上时在当单色平行光垂直照射到小圆孔上时在屏上产生明暗交替的圆环，中央为很亮的屏上产生明暗交替的圆环，中央为很亮的圆亮斑圆亮斑, ,叫做叫做“艾里斑艾里斑”。直径为直径为 , ,对透镜光心的张角为对透镜光心的张角为d2 DfdDfd 44.244.22二、光学仪器的分辨率二、光学仪器的分辨率光学仪器中的透镜、光阑相当透光小圆光

23、学仪器中的透镜、光阑相当透光小圆孔孔. .从几何光学看从几何光学看: :物体通过光学仪器成象物体通过光学仪器成象时时, ,每个物点对应一个象点。每个物点对应一个象点。从从波动光学波动光学看看: :光通过光学元件时，要光通过光学元件时，要发生衍射发生衍射, ,物点的象是以象点为中心的有物点的象是以象点为中心的有一定大小的艾里斑一定大小的艾里斑. . 光的衍射现象限制了光学仪器的分辨率光的衍射现象限制了光学仪器的分辨率.设有两个点光源经透镜后形成了两个重设有两个点光源经透镜后形成了两个重叠的艾里斑叠的艾里斑, ,两斑中心间距两斑中心间距 . .一象点的第一象点的第一暗纹恰与另一象点的中央亮纹最亮处

24、重一暗纹恰与另一象点的中央亮纹最亮处重合时合时, ,两物点恰能被光学仪器所分辨两物点恰能被光学仪器所分辨. .d01 1、瑞利判据、瑞利判据 Dfdd 22.1202 2、最小分辨角、最小分辨角0 Dfdfd 22.1200此时此时最小分辨角的倒数。单位角度内能最小分辨角的倒数。单位角度内能分辨的点数。分辨的点数。 22.110DR4 4、提高光学仪器分辨率的途径：、提高光学仪器分辨率的途径：(1)(1)增大透镜孔径增大透镜孔径3 3、光学仪器分辨率、光学仪器分辨率(2)(2)采用短波长的光入射采用短波长的光入射例例: :在正常照度下在正常照度下, ,人眼瞳孔的直径为人眼瞳孔的直径为3 3 人

25、眼对绿光最敏感人眼对绿光最敏感, ,其波长为其波长为550nm,550nm,人眼中人眼中玻璃液的折射率为玻璃液的折射率为n=1.336.n=1.336.mm求求:(:(1)1)人眼的最小分辨角？人眼的最小分辨角？(2)(2)在教室的黑板上画两条平行线相距在教室的黑板上画两条平行线相距为为2 ,2 ,坐在教室距黑板多远处的同坐在教室距黑板多远处的同学能看清它？学能看清它？mmn 在在玻玻璃璃液液中中 1 22.D则则mmdAmmDo2,5500,30 已已知知解解：设设学学生生离离黑黑板板的的距距离离为为l 22. 100Dddlld0 18-9 18-9 衍射光栅衍射光栅一、光栅一、光栅一种重

26、要的光学器件。由不同光学性一种重要的光学器件。由不同光学性质的各部分在空间周期性排列而组成。质的各部分在空间周期性排列而组成。二、光栅衍射条纹的形成二、光栅衍射条纹的形成透射光栅透射光栅: :大量的等间距的平行狭缝大量的等间距的平行狭缝组成的光学元件。组成的光学元件。baab1 1、实验装置、实验装置ab光光栅栅常常数数 一一般般在在数数量量级级: a+b101056 ma+b LEOP 2 2、光栅衍射条纹特点：、光栅衍射条纹特点：(1)(1)主极大明条纹随光栅缝数主极大明条纹随光栅缝数N N的的增大非常细亮增大非常细亮(2)(2)相邻主极大明条纹分得很开，相邻主极大明条纹分得很开，其间是大

27、片暗区其间是大片暗区. .(3) 各主极大明条纹强度分布轮廓各主极大明条纹强度分布轮廓与单缝衍射强度分布曲线一样与单缝衍射强度分布曲线一样.定性分析定性分析双缝衍射双缝衍射从图中看出从图中看出: :双缝衍射存在单缝衍射和双缝衍射存在单缝衍射和多光束干涉的总效果。多光束干涉的总效果。多缝衍射多缝衍射（光栅）（光栅） 单缝衍射单缝衍射多光束干涉多光束干涉的总效果的总效果单缝衍射单缝衍射3 3、光栅衍射图样分析、光栅衍射图样分析单缝衍射和多光单缝衍射和多光束干涉的总效果束干涉的总效果定量分析定量分析 , 2 , 1 , 0sin kkbaf0p光栅方程光栅方程ba sin)(ba(1)主极大明纹主极

28、大明纹A.A.多光束干涉结果多光束干涉结果f0p fftgx kbasin明纹坐标值明纹坐标值xbafk 最大衍射级次最大衍射级次 baKmax相邻主极大明纹间距相邻主极大明纹间距()sinabkk ()sin()abkk 11sinsin kkabd 1dd光栅常数光栅常数结结 论论：(1)(1)主极大明条纹位置由缝间干涉决定主极大明条纹位置由缝间干涉决定; ;maxkab 故故sin 1(2)(2)因为因为 (3)(3)相邻两级主极大的间距随光栅常数相邻两级主极大的间距随光栅常数的减小而增大。的减小而增大。AB 斜入射斜入射: kbabasin)(sin)(p中央明纹中央明纹: 00 x0

29、f ffx00(2)(2)暗纹暗纹A1A2A3A4123A2a b sin则则Nm 2021 NAAAA mbaNsin在相邻主极大之间在相邻主极大之间m m取取N-1N-1个值个值, ,即有即有N-1N-1个个暗条纹暗条纹, ,还有还有N-2N-2个强度很小的次极大个强度很小的次极大, ,形成一形成一片暗区片暗区。 ,13,),12(,12, 1,1, 2 , 1 NNNNNmB B、单缝衍射的调制、单缝衍射的调制(1)(1)主极大光强受单缝衍射光强分布的调制主极大光强受单缝衍射光强分布的调制; ;缺级缺级干涉极大、衍射极小的位置干涉极大、衍射极小的位置, 3 , 2 , 1 kkabak级

30、级则则干干涉涉若若,9 ,6 ,3,3 kaba(2)(2)缺级现象缺级现象单缝衍射极小）单缝衍射极小）(sin ka （干干涉涉极极大大） kbasin明纹不出现，发生缺级。明纹不出现，发生缺级。三、衍射光谱三、衍射光谱1 1、光谱线、光谱线: :单色波经光栅衍射后产生的单色波经光栅衍射后产生的一组细窄明亮的亮条纹。一组细窄明亮的亮条纹。2 2、光栅光谱、光栅光谱: :波长不同的波长不同的同级同级谱线集合谱线集合起来构成的一组谱线。起来构成的一组谱线。 ()sin(,)abkk 012 白光的光栅光谱白光的光栅光谱红绿光的光栅光谱红绿光的光栅光谱3 3、光栅光谱仪、光栅光谱仪四、干涉与衍射的

31、区别和联系四、干涉与衍射的区别和联系 在一般问题中，干涉和衍射两者的作在一般问题中，干涉和衍射两者的作用是同时存在的。用是同时存在的。 k透射光栅分光计透射光栅分光计( (已知已知a+ba+b，测，测 求求 ) ) 光栅摄谱仪光栅摄谱仪1 1、根本上讲、根本上讲, ,本质都是波的相干叠加的结本质都是波的相干叠加的结果果, ,只是参与相干叠加的对象不同；只是参与相干叠加的对象不同；2 2、都是明暗相间的条纹、都是明暗相间的条纹, ,但在光强分布函但在光强分布函数上有所不同；数上有所不同；3 3、在处理问题的方法上、在处理问题的方法上, ,从物理角度看从物理角度看, ,考虑叠加时的中心问题都是位相

32、差考虑叠加时的中心问题都是位相差; ;从从数学角度看数学角度看, ,存在差别。存在差别。 总之总之, ,干涉和衍射干涉和衍射本质上统一本质上统一、在形成、在形成条件、分布规律上有异条件、分布规律上有异, ,数学处理方法也数学处理方法也略有不同略有不同, ,是紧密关联的是紧密关联的同一类现象同一类现象。（1 1）光栅上相邻两缝的间距）光栅上相邻两缝的间距; ;例例: :一波长为一波长为60006000埃的单色光垂直入射在光埃的单色光垂直入射在光栅上，第二级明条纹出现在栅上，第二级明条纹出现在 处处, ,第四级缺级第四级缺级, ,求：求：sin. 20 2 （3 3）该光栅能呈现的全部级数）该光栅

33、能呈现的全部级数. .（2 2）光栅上狭缝的宽度）光栅上狭缝的宽度; ;缺缺级级已已知知解解4k, 2 . 0sin,A6000:2o 44)2(baaaba kbasin)(1 ）（2sin2 ba10 bak2,sin)() 3( bak9,7,6,5,3,2,1 k18-10 X18-10 X射线的衍射射线的衍射一、一、X X射线射线18951895年年X X射线由德国物理学家伦琴发现射线由德国物理学家伦琴发现, ,它是一种电磁波它是一种电磁波, ,波长在波长在0.4A-10A0.4A-10A范围。范围。二、二、X X射线的衍射射线的衍射19121912年年, ,德国物理学家劳厄用单晶片

34、作德国物理学家劳厄用单晶片作为衍射物观察为衍射物观察X X射线的衍射现象射线的衍射现象, ,在照相底在照相底片上得到一系列感光斑点片上得到一系列感光斑点劳厄斑点劳厄斑点. .1.X1.X射线衍射的实验装置射线衍射的实验装置2. 2. 布喇格公式布喇格公式布喇格父子把晶体看成是由一系列彼布喇格父子把晶体看成是由一系列彼此相互平行的原子层所组成此相互平行的原子层所组成, ,当当X X射线投射线投射到晶体上时射到晶体上时, ,按照惠更斯原理按照惠更斯原理, ,相邻两相邻两原子层面的散射光干射加强的条件为：原子层面的散射光干射加强的条件为：20 1dkksin, , 从所有各平行层上散射的从所有各平行

35、层上散射的X X射线射线, ,只有只有满足上式条件时，才能相互加强。满足上式条件时，才能相互加强。18-11 18-11 自然光和偏振光自然光和偏振光一、光的偏振性一、光的偏振性纵波纵波横波横波波的振动对传播方向具有波的振动对传播方向具有对称性对称性不对称性不对称性二、自然光和偏振光二、自然光和偏振光1 1、线偏振光线偏振光（简称偏振光）（简称偏振光） 光矢量在一个固定的平面内沿一固定光矢量在一个固定的平面内沿一固定方向振动。（平面偏振光）方向振动。（平面偏振光）表示：表示：2 2、部分偏振光、部分偏振光 某一方向的光振动比与之相垂直方向某一方向的光振动比与之相垂直方向的光振动占优势。的光振动

36、占优势。表示：表示：3 3、自然光、自然光 光矢量在垂直于光传播方向的平面内光矢量在垂直于光传播方向的平面内的一切方向上的时间平均值都相等。的一切方向上的时间平均值都相等。表示：表示：三、偏振片三、偏振片 起偏和检偏起偏和检偏1 1、偏振片、偏振片只让某一方向的光振动通过的光学元件只让某一方向的光振动通过的光学元件. .自然光自然光偏振片偏振片偏振光偏振光偏振化方向偏振化方向: :偏振片允许通过的光振动偏振片允许通过的光振动 方向，表示方向，表示“ ”“ ”。2 2、起偏和检偏、起偏和检偏起偏器起偏器: :改变自然光改变自然光成偏振光的装置。成偏振光的装置。 偏振片可做起偏振器偏振片可做起偏振

37、器, ,也可做检偏振器也可做检偏振器. .检偏器检偏器: :检查光是否检查光是否为偏振光的装置。为偏振光的装置。四、马吕斯定律四、马吕斯定律由起偏器产生的偏振光通过检偏振器由起偏器产生的偏振光通过检偏振器后后, ,其光强的变化如何呢？其光强的变化如何呢？ I=I=？ 起偏振器的偏振化方向与检偏振器的偏起偏振器的偏振化方向与检偏振器的偏振化方向的夹角为振化方向的夹角为 0A1A2AIIAA002022 (cos )cos II02cos 马吕斯定律马吕斯定律由此由此,利用检偏器不仅可检查入射光是否利用检偏器不仅可检查入射光是否偏振偏振,还可用于确定偏振光的振动方向。还可用于确定偏振光的振动方向。

38、讨论讨论： 1 1、两偏振片的偏振化方向平行时、两偏振片的偏振化方向平行时, ,出出射光的强度最大。射光的强度最大。2 2、两偏振片的偏振化方向垂直时、两偏振片的偏振化方向垂直时, ,出出射光的强度最小射光的强度最小 。18-12 18-12 反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振一、部分偏振光的获得一、部分偏振光的获得反射光和入射光反射光和入射光都是部分偏振光都是部分偏振光 i ii ir rnn12s反射光是垂直入射面振动较强的部分反射光是垂直入射面振动较强的部分偏振光偏振光, ,折射光是平行入射面振动较强折射光是平行入射面振动较强的部分偏振光的部分偏振光. .1 1、 布儒斯特定律布儒斯特定律 当入射角当入射角 满足下面条件满足下面条件时时, ,反射光成为完全偏振光反射光成为完全偏振光, ,其光振动垂直入射面其光振动垂直入射面; ;折射折射光仍为部分偏振光：光仍为部分偏振光：i0tginntgin021021 ()或或nn12S Si0i0r0二、完全偏振光的获得和布