衍射与偏振幻灯片.ppt
衍射与偏振第1页，共20页，编辑于2022年，星期二3.3.光栅的色分辨本领光栅的色分辨本领光栅可使波长相近的谱线光栅可使波长相近的谱线(主极大主极大)分开分开 若若 和和 +的第的第 k 级谱线刚刚能级谱线刚刚能分辨，按瑞利判据，应有分辨，按瑞利判据，应有色分辨本领色分辨本领对对Na双线双线 就可以分开就可以分开Na双线双线 ,k级级+,k级级的k级明纹的 kN+1 级暗纹 第2页，共20页，编辑于2022年，星期二例：入射光包含例：入射光包含250nm和和300nm两种波长成分，垂直射到一平面两种波长成分，垂直射到一平面光光栅栅上上。从从零零级级开开始始，在在衍衍射射角角为为30o的的方方向向上上,两两波波长长的的谱谱线线恰恰好好第第四四次重合。求该光栅的光栅常数。次重合。求该光栅的光栅常数。解：解：第四次重合第四次重合例：有三块同样大小的光栅：例：有三块同样大小的光栅：1200条条/mm,600条条/mm,90条条/mm.待待测测光光谱谱的的波波长长范范围围为为0.71.0 m,应应选选哪哪一一块块光光栅栅？如如果果光光谱谱的的波波长长范围为范围为37 m，又应选哪一块光栅呢？，又应选哪一块光栅呢？第3页，共20页，编辑于2022年，星期二解：解：取取 k1=2解：解：屏上最多能看到屏上最多能看到11条明条纹条明条纹例：波长例：波长600nm的单色光垂直射到平面光栅上。已知光栅常数为的单色光垂直射到平面光栅上。已知光栅常数为 4.5 m，缝宽为，缝宽为1.5 m，问屏上最多能看到几条明条纹？，问屏上最多能看到几条明条纹？例：用波长例：用波长 1 1=0.669 m和和 2 2=0.446 m的光垂直照射在某光栅上，的光垂直照射在某光栅上，在在q q=2020 处处都出现一条谱线都出现一条谱线，那么该光栅常数最小是多少？那么该光栅常数最小是多少？第4页，共20页，编辑于2022年，星期二例例：汽汽车车两两盏盏灯灯相相距距 l=1.5m，人人眼眼瞳瞳孔孔直直径径D=3mm，求求人人恰恰好好能能分分辨辨出这两盏灯的最远距离。出这两盏灯的最远距离。解：解：瑞利判据瑞利判据取取第5页，共20页，编辑于2022年，星期二X 射线的衍射射线的衍射1895年伦琴年伦琴(Rntgen,1845-1923，1901年诺贝尔物年诺贝尔物理奖理奖)K阴极，阴极，A阳极阳极(钼、钨、钼、钨、铜等金属铜等金属)AK间间加加几几万万伏伏高高压压，加加速速阴阴极发射的热电子。极发射的热电子。-+KAX射线射线 X射射线管管 第6页，共20页，编辑于2022年，星期二劳厄（劳厄（Laue）实验（）实验（19121912）:后来后来,劳厄进一步提出了理论上的分析劳厄进一步提出了理论上的分析(1914.(1914.Nob)。晶体点阵相当于三维光栅。原子间距是晶体点阵相当于三维光栅。原子间距是 的的数量级数量级,可与可与X射线的波长相比拟。射线的波长相比拟。X射线射线准直缝准直缝晶体晶体劳厄斑劳厄斑衍射图样衍射图样(称为劳厄斑）称为劳厄斑）证实了证实了X X射线的波动性。射线的波动性。第7页，共20页，编辑于2022年，星期二 X 射线照射晶体时，每个原子射线照射晶体时，每个原子（表层，内层）受迫振动（表层，内层）受迫振动,并以此并以此振动频率向各方向发出子波。每个振动频率向各方向发出子波。每个原子都是散射子波的波源。原子都是散射子波的波源。布喇格父子布喇格父子提出了研究提出了研究 x 射线衍射更简单的方法，射线衍射更简单的方法，得出了得出了x射线在晶体上衍射主极大的公式。射线在晶体上衍射主极大的公式。(1915.Nob)AABBCC111 11444 1234第8页，共20页，编辑于2022年，星期二AABBCC111 11444 1234整个晶体点阵是由一族相互平行的整个晶体点阵是由一族相互平行的晶面组成的。晶面组成的。x 射线能穿入内部。射线能穿入内部。一一.先看同一层晶面上各个原子散射的先看同一层晶面上各个原子散射的 衍射子波的干涉衍射子波的干涉晶格上的原子相当于缝晶格上的原子相当于缝;晶格常数相当光栅常数。晶格常数相当光栅常数。相当于相当于光栅衍射光栅衍射;零级主极大是最强的零级主极大是最强的,我们只考虑它。我们只考虑它。第9页，共20页，编辑于2022年，星期二AABBCC111 11444 1234零级主极大零级主极大对应于各个子波的光程差为零。对应于各个子波的光程差为零。在同一层晶面上散射的在同一层晶面上散射的光，只有服从反射定律光，只有服从反射定律的的,光程差光程差才才为零，为零，才才是是零级主极大零级主极大。A1B1C1入射到入射到“各缝各缝”的光已有光程差，从的光已有光程差，从“各缝各缝”出来出来的光也有光程差，由下图可知的光也有光程差，由下图可知:第10页，共20页，编辑于2022年，星期二二二.再看不同晶面的衍射子波的干涉：再看不同晶面的衍射子波的干涉：相邻晶面散射光相邻晶面散射光 1 和和 2 的光程差为的光程差为d：晶面间距：晶面间距(晶格常数）晶格常数）:掠射角掠射角例，例，NaCl:d=2.8 d dsin 12晶面晶面ACB并不是随便什么并不是随便什么 角，都角，都能在反射的方向能在反射的方向获得干涉加强的结果。获得干涉加强的结果。必须各层晶面的散射光也干涉加强才行！必须各层晶面的散射光也干涉加强才行！第11页，共20页，编辑于2022年，星期二各层散射光干涉加强的条件：各层散射光干涉加强的条件：(k=1,2,3)布喇格公式布喇格公式2.2.已知已知,d ，可测，可测 X射线光谱分析。射线光谱分析。应用：应用：1.已知已知 ,，可测可测 d X射线晶体结构分析。射线晶体结构分析。对于对于 d,一定时一定时,只有特定的只有特定的 才满足才满足布喇格公式布喇格公式,才能在反射的方向获得干涉相长。才能在反射的方向获得干涉相长。研究研究晶体结构、材料性质。晶体结构、材料性质。研究研究原子结构。原子结构。第12页，共20页，编辑于2022年，星期二劳劳厄厄相相德拜相德拜相第13页，共20页，编辑于2022年，星期二光波是光波是横波横波机械横波与机械横波与纵波的区别纵波的区别第第19章章 光的偏振光的偏振一、光的偏振状态一、光的偏振状态机机械械波波穿穿过过狭狭缝缝光的偏振光的偏振第14页，共20页，编辑于2022年，星期二1.自然光自然光自然光的图示：自然光的图示：2.线偏振光线偏振光 在垂直光传播方向的平面内，在垂直光传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定的方向振光矢量只沿一个固定的方向振动，这种光叫线偏振光。动，这种光叫线偏振光。在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有方向上都相等，在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有方向上都相等，各光矢量之间没有固定的位相关系，各光矢量之间没有固定的位相关系，-自然光。自然光。3.部分偏振光部分偏振光 部分偏振光是介于偏振光和自然光之间的情形，部分偏振光是介于偏振光和自然光之间的情形，部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合。部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合。部分偏振光图示：部分偏振光图示：或或第15页，共20页，编辑于2022年，星期二 =0yx仍仍为为线线偏偏振振光光椭圆偏振光椭圆偏振光右旋右旋左旋左旋4.4.椭圆偏振光椭圆偏振光偏振方向垂直、频率相同、相位差恒定的线偏振光的合成偏振方向垂直、频率相同、相位差恒定的线偏振光的合成第16页，共20页，编辑于2022年，星期二简简谐谐运运动动的的合合成成图图两两相相互互垂垂直直同同频频率率不不同同相相位位差差第17页，共20页，编辑于2022年，星期二四四.相互垂直的简谐运动的合成相互垂直的简谐运动的合成 第18页，共20页，编辑于2022年，星期二起偏器和检偏器起偏器和检偏器1.1.起偏器和检偏器起偏器和检偏器起偏器：能产生线偏振光的装置起偏器：能产生线偏振光的装置检偏检偏器：能检验线偏振光的装置器：能检验线偏振光的装置 能产生线偏振光的装置也常常用来检验线偏振光，即起偏能产生线偏振光的装置也常常用来检验线偏振光，即起偏器同时也可作为器同时也可作为检偏检偏器器检偏检偏 ：旋转检偏器，每转过：旋转检偏器，每转过 90o 交替出现极大和消光，则入射交替出现极大和消光，则入射光为线偏振光。光为线偏振光。偏振片偏振片 起偏和检偏起偏和检偏第19页，共20页，编辑于2022年，星期二二向色性二向色性 自然光入射到偏振片，自然光中某一方向光振动被吸收，而与此自然光入射到偏振片，自然光中某一方向光振动被吸收，而与此垂直方向的光振动则通过，垂直方向的光振动则通过，-产生线偏振光。产生线偏振光。产生线偏振光方法之一产生线偏振光方法之一 对互相垂直的两个光振动有选择吸收的这种性能，称为对互相垂直的两个光振动有选择吸收的这种性能，称为二向色性（二向色性（1928年，美国大学生兰德（年，美国大学生兰德（E.H.lade），利用），利用硫酸碘奎宁实现二向色性）硫酸碘奎宁实现二向色性）透射线偏振光光矢量的振动方透射线偏振光光矢量的振动方向为通光方向，或透光轴，也叫向为通光方向，或透光轴，也叫偏振化方向。偏振化方向。二向色性二向色性聚乙烯薄膜浸入碘溶液做聚乙烯薄膜浸入碘溶液做偏振片偏振片第20页，共20页，编辑于2022年，星期二
