医用物理波动光学

1、几何几何光学光学波动波动光学光学量子量子光学光学 ( (以光的直线传播为基础：光的独立传以光的直线传播为基础：光的独立传播定律、光的反射和折射定律播定律、光的反射和折射定律) )光光学学物理物理光学光学实验基础：光的干涉、衍射、偏振现象实验基础：光的干涉、衍射、偏振现象理论基础：麦克斯韦电磁场理论理论基础：麦克斯韦电磁场理论模型：电磁波模型：电磁波涉及范围：光的传播及其规律涉及范围：光的传播及其规律实验基础：光电效应、康普顿效应实验基础：光电效应、康普顿效应理论基础：量子论理论基础：量子论模型：光量子模型：光量子涉及范围：光和物质的相互作用涉及范围：光和物质的相互作用几何光学几何光学 波动光学

2、波动光学量子光学量子光学1717世纪世纪1919世纪世纪2020世纪世纪光学篇光学篇wave opticswave optics4-14-1 光和光的相干性光和光的相干性光波中起感光作用的光波中起感光作用的是电场强度是电场强度 E 矢量，称为矢量，称为光矢量光矢量。 E 矢量的振动称为矢量的振动称为光振动光振动。20EI 20EI 在波动光学中，主要讨论的是相对光强，因此直在波动光学中，主要讨论的是相对光强，因此直接把接把光强光强定义为：定义为：一、光波的描述方法一、光波的描述方法可见光波长在可见光波长在400nm-760nm。光波是电磁波光波是电磁波红外区红外区可见光可见光紫外区紫外区光波的

3、光波的能流密度。能流密度。光强光强 I二、光的叠加性二、光的叠加性 相干条件相干条件1S2Sp1E2E1r2r)2cos(),(111011rtEtrE)2cos(),(222022rtEtrE两频率相同，振动方向相同的光波在两频率相同，振动方向相同的光波在p点相遇点相遇 cos22010220210EEEEE cos22121IIIII )(21212rr 干干涉涉项项 cos221II1、非相干叠加、非相干叠加两独立光源两独立光源所发出所发出的光的光或或同一光源的不同部位同一光源的不同部位所所发出的光发出的光叠加叠加21III 叠加后光强等于两光束单独照射时的光强之和，叠加后光强等于两光束

4、单独照射时的光强之和，无干涉现象无干涉现象.0cos221 II干干涉涉项项要使两列波在要使两列波在P处产生相干叠加处产生相干叠加两列波的条件：两列波的条件：（1）振动方向相同）振动方向相同（2）频率相同）频率相同（3）相位差恒定）相位差恒定相相干干光光 cosIIIII21212 相位差相位差“瞬息万变瞬息万变” cosIIIII21212 2、相干叠加、相干叠加满足相干条件的两束光叠加后满足相干条件的两束光叠加后相位差恒定，有干涉现象相位差恒定，有干涉现象21II 若若24)1(2211 cosIcosII142IIk 0)12( Ik 干涉相长干涉相长干涉相消干涉相消)(21212rr

5、cosIIIII21212 光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子普通光源：自发辐射普通光源：自发辐射独立独立(不同原子发的光不同原子发的光)独立独立(同一原子先后发的光同一原子先后发的光) 发光的随机性发光的随机性 发光的间隙性发光的间隙性 = (E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射波列波列波列长波列长L = L = 0 0c c秒秒8010 ？两个独立的两个独立的普通普通光源能否成为一对相干光源光源能否成为一对相干光源？两个独立的两个独立的普通普通光源能否成为一对相干光源光源能否成为一对相干光源钠钠光光灯灯A钠钠光光灯灯B两束光两束光不相干！不相干！

6、普通光源发出的光是由光源中各个分子或原子普通光源发出的光是由光源中各个分子或原子发出的波列组成的，而这些波列之间没有固定的相发出的波列组成的，而这些波列之间没有固定的相位关系。因此，来自两个独立光源的光波，即使频位关系。因此，来自两个独立光源的光波，即使频率相同，振动方向相同，它们的相位差也不可能保率相同，振动方向相同，它们的相位差也不可能保持恒定，因而不是相干光；同一光源的两个不同部持恒定，因而不是相干光；同一光源的两个不同部分发出的光，也不满足相干条件。分发出的光，也不满足相干条件。 pS * *分波分波阵阵面法面法分振幅法分振幅法p薄膜薄膜S S * *1 1 分波阵分波阵面面法法 杨氏

7、干涉杨氏干涉2 2 分振幅法分振幅法 薄膜薄膜干涉干涉普通光源获得相干光的途径（方法）普通光源获得相干光的途径（方法）3 3 分振动面法分振动面法 偏振光干涉偏振光干涉光从光从A到到B：n介质介质r真空真空真空真空ABucn 传播速度传播速度ncu 波长波长nncuTu相位差相位差nrrAB22三三、 光程和光程差光程和光程差 3210,2123210,2、暗点）（、亮点kkkkrr两束两束初相初相相同的光在相同的光在真空中真空中传播时的干涉情况传播时的干涉情况将将光在介质中所走的路程，折算为在真空中的路程。光在介质中所走的路程，折算为在真空中的路程。（将光在介质中的传播，折算为在真空中的传播

8、（将光在介质中的传播，折算为在真空中的传播.）光波在介质中传播时，其相位变化，不但与传播的几光波在介质中传播时，其相位变化，不但与传播的几何路程有关，而且还与介质的折射率有关。何路程有关，而且还与介质的折射率有关。nrr22为了便于计算为了便于计算iiirnL iirnL光程光程n介质介质r真空真空真空真空AB iiirnL光光程程其其中中光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程便于比较光在不同介质中所走路程的长度。便于比较光在不同介质中所走路程的长度。ctL 1r2r3rmr1u2u3umuQP12m3 iiiurtcLrnciii 1 iiinc

9、r1S2S1n1r2r2nP光程之差称为光程差光程之差称为光程差)(112212rnrnLL nsnrnssr)1()( 光程差光程差)(1122rnrn 2 若两相干光源是同位相的若两相干光源是同位相的 20 , k 2)1 2( k加加强强（明明）210 ,k 两相干光源同位相，干涉条件两相干光源同位相，干涉条件减减弱弱（暗暗）210 ,k 不同光线通过透镜要改变传播方向，不同光线通过透镜要改变传播方向，会不会引起附加光程差？会不会引起附加光程差？问题问题ABCabcFA、B、C 的位相的位相相同，在相同，在F点会聚，点会聚，互相加强互相加强A、B、C 各点到各点到F点的光程都相等。点的光

10、程都相等。AaF比比BbF经过的几何路程长，但经过的几何路程长，但BbF在透镜在透镜中经过的路程比中经过的路程比AaF长，透镜折射率大于长，透镜折射率大于1，折算成光程，折算成光程， AaF的光程与的光程与BbF的光程相等。的光程相等。解解释释使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。4-2 4-2 分波阵面干涉分波阵面干涉 一、杨氏双缝干涉实验一、杨氏双缝干涉实验1、实验装置、实验装置S1S2S*k=+1k=-2k=+2k= 0k=-1I2、杨氏干涉条纹、杨氏干涉条纹S1S2SD xd1r2rpo D D d dP点的光强决定于两束光到达时的相位差点

11、的光强决定于两束光到达时的相位差， 决定于两束光的光程差决定于两束光的光程差 1122rnrn 光光程差：程差：112 nn设 路路程程差差则则12rr sind sind 明暗条纹条件：明暗条纹条件：明纹明纹暗纹暗纹明暗条纹位置：明暗条纹位置：明纹明纹暗纹暗纹相邻明纹相邻明纹(暗纹暗纹)的距离的距离：), 3 , 2 , 1 , 0(sinkkd), 3 , 2 , 1 , 0(2) 12(sinkkd sintanDDx ), 3 , 2 , 1 , 0(kdDkx), 3 , 2 , 1 , 0(2) 12(kdDkx)(dDx等等距距离离分分布布 条纹特点：条纹特点： 一系列平行等间距

12、的明暗相间的条纹。一系列平行等间距的明暗相间的条纹。 S1S2SD xd1r2rpo dDkx 若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。3、实际应用、实际应用杨氏干涉可用于测量波长。杨氏干涉可用于测量波长。方法一：测出方法一：测出x方法二：方法二：测出测出 xdDkx dDx S1S2SD xd1r2rpo S1S2SD xd1r2rpo 4、思考、思考？ 若将杨氏双缝干涉装置从空气中移到水中，若将杨氏双缝干涉装置从空气中移到水中，干涉条纹将如何移动。干涉条纹将如何移动。？ 若将杨氏双缝干涉装置光屏前、后移动，若将杨氏双缝干涉装置光屏前、后移动，干涉条纹将如何变化。

13、干涉条纹将如何变化。？ 若将杨氏双缝干涉装置中双缝间距增大、若将杨氏双缝干涉装置中双缝间距增大、减少，干涉条纹将如何变化。减少，干涉条纹将如何变化。 knd sin kDxnd ndDkx dDkx dDkx 二、洛埃镜实验二、洛埃镜实验1S2SMLdpQ pQD光栏EE E 当屏幕当屏幕 E 移至移至E处，从处，从 S1和和 S2 到到 L点的点的光程差为零，但是观察到暗条纹，光程差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射验证了反射时有半波损失存在。时有半波损失存在。例例1 1：已知双缝间距已知双缝间距d=0.60mm, ,缝和屏幕间距缝和屏幕间距D=1.50m，若测得相邻两明条纹间距若测得相邻两

14、明条纹间距x=1.50mm。（1 1）求入射光的波长？）求入射光的波长？（2 2）若以折射率）若以折射率n=1.30，厚度厚度L=0.01mm的透明薄膜的透明薄膜遮住一缝，原来的中央明遮住一缝，原来的中央明条纹将变成第几级明条纹？条纹将变成第几级明条纹？1S2S1r2rLDP解解: :（1 1）dDx 50. 1106 . 01050. 133 Ddx )(1067m 例例2：见书：见书未遮薄膜时，中央未遮薄膜时，中央明条纹光程差为明条纹光程差为:1S2S1r2rLDP012 rr 遮上薄膜后光程差为遮上薄膜后光程差为:LnrnLLr)1(12 设此处为设此处为k k级明纹，则级明纹，则: :

15、 kLn )1(5106101 . 0)13 . 1()1(73 Lnk例例2：见书：见书4-3 4-3 分振幅干涉分振幅干涉 利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射(或折射或折射)，可在反射方向，可在反射方向(或透射方向或透射方向)获得相干光束。获得相干光束。一、等倾干涉一、等倾干涉在一均匀透明介质在一均匀透明介质n1中中放入上下表面平行放入上下表面平行, ,厚度厚度为为e 的均匀介质的均匀介质 n2(n1)1.1.等倾干涉条纹等倾干涉条纹ABC1n1n2neira1a2aD光线光线a2与光线与光线 a1的光程差为：的光程差为：2/)(12 ADnnBCAB

16、由折射定律和几由折射定律和几何关系可得出：何关系可得出：reACtan2 reBCABcos/ rninsinsin21 iACADsin 21222 )cossincos(rrren222 ren cos2222222 rsinnneABC1n1n2neira1a2aD2222122 isinnne垂直入射时垂直入射时：222 en半波损失半波损失 暗暗纹纹明明纹纹,kk,kkisinnne210212212222122 干涉条件干涉条件薄膜薄膜aa1a2n1n2n3附加光程差的确定附加光程差的确定满足满足n1n3(或或n1 n2 n2n3(或或n1 n2 n3)产生产生附加光附加光程差程差

17、不存在不存在附加光附加光程差程差a. 对于透射光：对于透射光：讨论：讨论：inne22122sin2 212 k k=. 3 . 2 . 1 k. 3 . 2 . 1 . 0 k明纹明纹暗纹暗纹明暗纹公式：明暗纹公式：2sin222122 inne对同样的入射光来说对同样的入射光来说,当反射方向干涉加强时，当反射方向干涉加强时，在透射方向就干涉减弱。在透射方向就干涉减弱。ABC1n1n2neira1a2aD2sin222122 inne 相同相同入射角的光线入射角的光线对对应应于同一级于同一级干干涉涉条纹，这种干涉条纹，这种干涉叫叫等倾干涉。等倾干涉。b. 如如e一定一定,)(i 厚度相同的地

18、方厚度相同的地方对对应同一级干涉应同一级干涉条纹条纹, 这种干涉叫这种干涉叫等厚干涉等厚干涉。)(e c. 如入射光的入射角如入射光的入射角 i 一定，一定，ABC1n1n2neira1a2aD1 1. . 劈尖劈尖干涉干涉（劈形膜）（劈形膜）夹角很小的两个平面所构成夹角很小的两个平面所构成的薄膜的薄膜rad 101045 ： 空气劈尖空气劈尖 1n2n1n实心劈尖实心劈尖棱边棱边楔角楔角平行单色光垂直平行单色光垂直照射实心劈尖上，劈尖上厚度相照射实心劈尖上，劈尖上厚度相同的地方，两相干光的光程差相同，对应同一定同的地方，两相干光的光程差相同，对应同一定k值的明或暗条纹。值的明或暗条纹。棱边处

19、：棱边处：e=0, = /2，出现暗条纹，出现暗条纹有有“半波损失半波损失” 暗暗纹纹明明纹纹210212321222,kk,kken 设各干涉条纹对应的薄膜厚度分别为：设各干涉条纹对应的薄膜厚度分别为：keeee321.条纹间距离条纹间距离lkkeel 1sin (1) sin22nl 212neekk (2)1kekenhl由明纹公式：由明纹公式： )1(2221 knek knek 222在入射光波长在入射光波长一定时，劈尖的楔角一定时，劈尖的楔角 愈小，则愈小，则l愈大，干涉条纹愈疏；愈大，干涉条纹愈疏； 愈大，则愈大，则l愈小，干涉条纹愈密。愈小，干涉条纹愈密。当用白光照射时，将看到

20、由劈尖边缘逐渐分开的彩当用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹。色直条纹。实心劈尖任意相邻明条纹对应的厚度差：实心劈尖任意相邻明条纹对应的厚度差：任意相邻明条纹任意相邻明条纹(或暗条纹或暗条纹)之间的距离之间的距离 l 为：为： sin22nl 212neekk knek 2221kekenhl2 2、牛顿环、牛顿环Newton ring ( (等厚干涉特例等厚干涉特例) )半反射镜半反射镜曲率半径很曲率半径很大的平凸透镜大的平凸透镜平面玻璃平面玻璃显显微微镜镜 条纹形状：条纹形状：干涉条纹是以平凸透镜与平面玻干涉条纹是以平凸透镜与平面玻璃板的接触点为圆心，明暗相间的同心圆环，璃板

21、的接触点为圆心，明暗相间的同心圆环，中心为暗点。中心为暗点。2222Re2)(eeRRr eR 略去略去e2Rre22 各级明、暗干涉条纹的半径：各级明、暗干涉条纹的半径：明明纹纹3212)12(,kRkrK 暗暗纹纹210,kkRrk e=0处：处：eoRr 暗暗纹纹明明纹纹2102)12(32122,kk,kke 两反射光的光程差两反射光的光程差 = /2，为，为暗斑暗斑。随着牛顿环半径的增大，条纹变得越来越密。即随着牛顿环半径的增大，条纹变得越来越密。即条纹不等间距，内疏外密。条纹不等间距，内疏外密。kkrr 1 Rkk)1( kkR )1( 暗暗纹纹210,kkRr 条纹间距条纹间距例

22、例 用紫光垂直照射牛顿环，测得第用紫光垂直照射牛顿环，测得第 k 级级暗环暗环的半径的半径 , k 级往上级往上数第数第16 个暗环半径个暗环半径 ，平凸透镜的曲率半径平凸透镜的曲率半径R=2.50mm.rk31003 m.rk3161005 Rkrk)16(16求：紫光的波长？求：紫光的波长？解：根据暗环半径公式：解：根据暗环半径公式：kRrk Rrrkk162216 m72222100 . 450. 216)100 . 3()100 . 5( RrCMNdO三、分振幅干涉的应用三、分振幅干涉的应用增透膜增透膜-利用薄膜干涉使反利用薄膜干涉使反射光射光相消相消，透射光加强。，透射光加强。增反

23、膜增反膜- 利用薄膜干涉使透射光相消，反射光加强。利用薄膜干涉使透射光相消，反射光加强。薄膜薄膜aa1a2n1n2n3（n1 n2 时的极限情况。时的极限情况。 当缝宽比波长大很多时，形成单一的明条纹当缝宽比波长大很多时，形成单一的明条纹. 显显示了光的直线传播的性质示了光的直线传播的性质.结论结论阴阴影影屏幕屏幕屏幕屏幕当当a 或或 a 时会出现明显的衍射现象。时会出现明显的衍射现象。 a a. 光强分布光强分布当当 角增加时，半波带数增加，未被抵消的角增加时，半波带数增加，未被抵消的半波带面积减少，所以光强变小；半波带面积减少，所以光强变小；问题问题当当 增加时增加时光强的极大值迅速光强的

24、极大值迅速衰减。为什么？衰减。为什么？Ia52a32a32a520sin 2)12(sin kaak2)12(sin 且明暗条纹的分界线越来越模糊且明暗条纹的分界线越来越模糊因为衍射角相同的光因为衍射角相同的光线，会聚在接收屏的线，会聚在接收屏的相同位置上。相同位置上。OaOab、单缝位置对光强分布的影响、单缝位置对光强分布的影响单缝上下移动，单缝上下移动，条纹位置不变。条纹位置不变。条纹位置如何？条纹位置如何？c、 缝宽缝宽a对条纹分布的影响对条纹分布的影响a 变大，条纹变窄；变大，条纹变窄； a 变小，条纹变宽。变小，条纹变宽。d、 波长对条纹分布的影响波长对条纹分布的影响所以衍射条纹宽度

25、随波长的减小而变窄。所以衍射条纹宽度随波长的减小而变窄。 20afx 中中央央明明纹纹 afx 其其它它明明纹纹小，条纹窄；小，条纹窄； 大，条纹宽。大，条纹宽。例例 一束波长为一束波长为 =500nm的平行光垂直照射在一的平行光垂直照射在一个单缝上。个单缝上。 如果所用的单缝的宽度如果所用的单缝的宽度a=0.5mm，缝后紧挨着的薄透镜焦距缝后紧挨着的薄透镜焦距f=1m，求：，求：(1)第一级第一级暗纹离中央明纹中心的距离；暗纹离中央明纹中心的距离； (2)中央明条纹的中央明条纹的半角宽度；半角宽度； (3)中央亮纹的线宽度；中央亮纹的线宽度； (4) 如果在如果在屏幕上离中央明纹中心为屏幕上

26、离中央明纹中心为x=3.5mm的的P处为一明处为一明纹，则它为第几级明纹？从纹，则它为第几级明纹？从P处看，对该光波而处看，对该光波而言，狭缝处的波阵面可分割成几个半波带？言，狭缝处的波阵面可分割成几个半波带？解：解：(2)(2)中央亮纹半角宽度中央亮纹半角宽度mmmftanfx2101222301 (3)(3)中央亮纹线宽度中央亮纹线宽度rada3471010105105 (1)(1)第一级暗纹离中央明纹中心的距离第一级暗纹离中央明纹中心的距离mmmafsinftanfx1105105147111 ksina 1sinaEABxPof(4)(4)已知已知x=3.5=3.5mm是是明明纹纹 明

27、明纹纹212 ksina sinftanfx 3 k当当k=3时，光程差时，光程差272)12(sin ka狭缝处波阵面可分成狭缝处波阵面可分成7个半波带。个半波带。 212 kaf 21051210511053743 k.EABxPof实验装置实验装置S*D4-7 圆孔夫琅和费衍射圆孔夫琅和费衍射 中央是个明亮的圆中央是个明亮的圆斑，外围是一组同心的斑，外围是一组同心的明暗相间的圆环。明暗相间的圆环。圆孔衍射圆孔衍射光强分布光强分布由第一暗环围成的光斑，占整由第一暗环围成的光斑，占整个入射光束总光强的个入射光束总光强的84%，称，称为为爱里斑爱里斑。爱里斑爱里斑0I sinDr/22. 1/

28、61. 0sin第一暗环对应的衍射角第一暗环对应的衍射角 称为称为爱里斑的半角宽度爱里斑的半角宽度，（它标志着衍射的程度）（它标志着衍射的程度） ftgR 式中式中D=2r 为圆孔的直径，若为圆孔的直径，若 f 为透镜为透镜L2 的焦距，则的焦距，则爱里斑的半径爱里斑的半径为：为：第一级暗环的衍射角满足；第一级暗环的衍射角满足；Drtg/22. 1/61. 0sinfDR22. 14-84-8 光栅衍射光栅衍射ab条纹特点：亮、细、疏条纹特点：亮、细、疏衍射光栅：衍射光栅：由大量等间距、等宽度的平行狭缝由大量等间距、等宽度的平行狭缝 所组成的光学元件。所组成的光学元件。用于透射光衍射的叫透射光

29、栅用于透射光衍射的叫透射光栅。用于反射光衍射的叫反射光栅用于反射光衍射的叫反射光栅。光栅常数：光栅常数：a+b数量级为数量级为10-510-6m一、光栅的衍射花样一、光栅的衍射花样 回顾回顾: :杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 单缝衍射单缝衍射S1S2S*k=+1k=-2k=+2k= 0k=-1I屏幕屏幕I如果只有干涉：如果只有干涉：I如果只有衍射如果只有衍射：-1-212I1245-1-2-4-5干涉、衍射均有之：干涉、衍射均有之：缺缺级级缺缺级级-22透透射射光光栅栅AabPOf每缝都会衍射，缝缝还有干涉每缝都会衍射，缝缝还有干涉原理分析原理分析每一条狭缝在屏上同一方向位置产生单缝衍射的图样；每

30、一条狭缝在屏上同一方向位置产生单缝衍射的图样；各狭缝的衍射光又在屏上相干叠加，各狭缝的衍射光又在屏上相干叠加，光栅干涉图样是单缝衍射与多缝干涉的总效果。光栅干涉图样是单缝衍射与多缝干涉的总效果。二、光栅方程二、光栅方程d=a+b光栅常数光栅常数d 的数量级约的数量级约10-6 米米透透射射光光栅栅AabPOf每缝都会衍射每缝都会衍射缝缝还有干涉缝缝还有干涉1、明纹条件、明纹条件 ( (光栅方程光栅方程) )狭缝越多，狭缝越多，d愈小，各级明条纹将分的愈开；狭缝总数愈小，各级明条纹将分的愈开；狭缝总数多，透射光强，条纹也就越明亮。多，透射光强，条纹也就越明亮。AabPOf透透射射光光栅栅每缝都会

31、衍射，缝缝还有干涉每缝都会衍射，缝缝还有干涉在衍射角为任意角在衍射角为任意角 的方向上，从的方向上，从任意两相邻窄缝任意两相邻窄缝相应点相应点发出的光到达发出的光到达P点的光程差都是点的光程差都是dsin .明明纹纹)0,1,2,(k ksind缺级时同时满足：缺级时同时满足：2 2、缺级缺级若干涉的某一级明纹若干涉的某一级明纹恰落在衍射的一暗纹恰落在衍射的一暗纹处，这一级明条纹便处，这一级明条纹便会缺掉。会缺掉。 ksind ksina kkad 则则有有所缺的级数所缺的级数k为：为：) )1 1, ,2 2, ,3 3, ,k k( ( kadk例如当例如当d/a=3时，时， 则缺级的级数

32、为则缺级的级数为 3， 6。 如果有几种单色如果有几种单色光同时投射在光栅光同时投射在光栅上，在屏上将出现上，在屏上将出现光栅光谱。光栅光谱。xf0 屏屏复色光复色光白光投射在光栅上，在屏上白光投射在光栅上，在屏上除零级主极大明条纹由各种除零级主极大明条纹由各种波长混合仍为白光外，其两波长混合仍为白光外，其两侧将形成由紫到红对称排列侧将形成由紫到红对称排列的彩色光带。的彩色光带。三、三、 光栅光谱光栅光谱明明纹纹)0,1,2,(k ksind例例 用每厘米有用每厘米有50005000条条缝缝的光栅，观察钠光谱线，的光栅，观察钠光谱线，=589.3nm。在下列情况下，最多能看到几级条纹？在下列情

33、况下，最多能看到几级条纹？（光线垂直入射时）（光线垂直入射时）最多能看到最多能看到3级条纹。级条纹。解：由光栅方程：解：由光栅方程： ksind sindkmax maxk，sin时时当当1 md621025000101 310893510226 .(3.39)例例 波长为波长为600nm的单色光垂直入射在一光栅上，的单色光垂直入射在一光栅上，第二级明纹出现在第二级明纹出现在sin2=0.2=0.2处，第处，第4 4级缺级。求：级缺级。求：(1)(1)光栅常数是多少？光栅常数是多少？(2)(2)狭缝的最小宽度是多少？狭缝的最小宽度是多少？ (3)(3)按上述选定的按上述选定的a、d值，实际上能

34、观察到的全部值，实际上能观察到的全部明纹数是多少？明纹数是多少？解解: (1) ksind nmd6000 nmdamin15004 600220 .d ksind ksina 60004 kdkka1 k取取(2) )1 1, ,2 2, ,3 3, ,k k( ( kadkmaxkksin ，1 1 106006000 nmnmdkmax 在在-900sin900范围内可观察到的明纹级数为范围内可观察到的明纹级数为k=0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 9,共共15条明纹条明纹 ksind (3)实际上能观察到的全部明纹数是多少？实际上能观察到的全部明纹数是多少？4-9 4-9 光的

35、偏振光的偏振一一、自然光、自然光和和偏振光偏振光一束自然光可分解为两束振动方向一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、相互垂直的、等幅的光振等幅的光振动动。自然光的表示法：自然光的表示法： 没有一个方向的没有一个方向的光振动光振动占占有优势。有优势。 x20IIIyx 1.1.自然光自然光没有优势方向没有优势方向由于普通光原中单个原子发光的独立性、随机性和间由于普通光原中单个原子发光的独立性、随机性和间歇性，大量原子发出的光，歇性，大量原子发出的光，没有一个方向的没有一个方向的光振动光振动占占有优势，有优势，各个方向光各个方向光矢量矢量E的振幅相等。的振幅相等。振动面：振动面：光光矢量矢量的

36、振动方向与光的传播方向构成的平面。的振动方向与光的传播方向构成的平面。偏振偏振: :光光矢量矢量的振动方向相对传播方向的不对称性。的振动方向相对传播方向的不对称性。光矢量光矢量振动面振动面voHE2. 线偏振光和线偏振光和部分偏振光部分偏振光偏振方向偏振方向: :光矢量光矢量 的方向的方向E光矢量只沿一个固定方向振动。光矢量只沿一个固定方向振动。线偏振光线偏振光(完全偏振光、平面偏振光完全偏振光、平面偏振光)E播播传传方方向向振振动动面面线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：光振动平行板面光振动平行板面x光振动垂直板面光振动垂直板面 x部分偏振光部分偏振光 某个方向的某个方向的光振动光振动占占有

37、优势。有优势。 部分偏振光可分解为两束振动方向部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、相互垂直的、不等幅的不等幅的线偏振光。线偏振光。部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法： 平行板面的平行板面的光振动较强光振动较强垂直板面的垂直板面的光振动较强光振动较强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自然光自然光与与线偏线偏振光振光的混合。的混合。二二、偏振片的、偏振片的起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律起偏：起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。检偏：检偏：检查入射光的偏振性。检查入射光的偏振性。1 1、偏振片的起偏和检偏、偏振片的起偏和检偏将待检查的入射光垂直入将待检查的入射光垂直入射偏振片，缓慢转动偏振射偏振片，缓慢转动偏振片，观察光强的变化，确片，观察光强的变化，确定光的偏振性。定光的偏振性。透透光光轴轴方方向向自然光自然光偏振片偏振片线偏振光线偏振光偏偏振振化化方方向向线偏振光通过旋转的检偏器，线偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化，有消光现象光强发生变化，有消光现象自然光通过旋转的检偏器，光强不变。自然光通过旋转的检偏器，光强不变。部分偏振光通过旋转的检偏器，部分偏振光通过旋转的检