第13章-波动光学优秀PPT.ppt

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1、三、光的衍射三、光的衍射1.1.惠更斯惠更斯-菲涅尔原理菲涅尔原理2.2.单缝的夫琅和费衍射单缝的夫琅和费衍射3.3.圆孔的夫琅和费衍射圆孔的夫琅和费衍射4.4.多缝的夫琅和费衍射多缝的夫琅和费衍射5.X5.X射线衍射射线衍射 四、光的偏振四、光的偏振1.1.光的几种偏振状态光的几种偏振状态2.2.偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律3.3.反射和折射起偏反射和折射起偏 布儒斯特定律布儒斯特定律4.4.双折射现象双折射现象5.5.偏振光的干涉偏振光的干涉暗纹暗纹亮纹亮纹爱利斑角半径爱利斑角半径 光栅方程光栅方程布喇格公式布喇格公式例例题题13-3 用用薄薄云云母母片片（n

2、=1.58）覆覆盖盖在在杨杨氏氏双双缝缝的的其其中中一一条条缝缝上上，这这时时屏屏上上的的零零级级明明纹纹移移到到原原来来的的第第七七级级明明纹纹处处。假假如如入入射射光波长为光波长为550nm，问云母片的厚度为多少？，问云母片的厚度为多少？解：解：Poe原七级明纹原七级明纹P点处点处插入云母片后，插入云母片后，P点为零级明纹点为零级明纹dDSpSS1S2例例13-4 杨氏双缝干涉试验条件作如下变杨氏双缝干涉试验条件作如下变,干涉条纹将作怎样变更干涉条纹将作怎样变更?(1)线光源线光源S沿平行于沿平行于S1,S2 连线方向作微小移动；（连线方向作微小移动；（2）加大双）加大双缝间距；（缝间距；

3、（3）把整套装置侵入水中。）把整套装置侵入水中。（1）此时此时S1,S2不再是同相位光源，不再是同相位光源，0级级中心明纹将从屏中心中心明纹将从屏中心O点移开。点移开。中央明纹应在中央明纹应在 之处之处屏上的干涉条纹整体向上平移。屏上的干涉条纹整体向上平移。（2）依据依据d x（3）O整套装置侵入水中后的光程差为整套装置侵入水中后的光程差为条纹变密条纹变密例例 块规是一种长度标准器，它是一块刚质长方体，两端面磨平抛光，很精确地相互平行，块规是一种长度标准器，它是一块刚质长方体，两端面磨平抛光，很精确地相互平行，两端面间距离即长度标准。如图所示的校准装置，其中两端面间距离即长度标准。如图所示的校

4、准装置，其中 G1是一块合格的块规是一块合格的块规,G2 是与是与 G1 同规号待校准的块规，把同规号待校准的块规，把 G1 和和 G2 放在钢质平台面上，使面和面严密接触，放在钢质平台面上，使面和面严密接触，G1和和G2上面上面用一块透亮平板用一块透亮平板T压住。假如压住。假如G1和和G2之间分别形成尖劈形空气层，它们在单之间分别形成尖劈形空气层，它们在单色光照射下各产生等厚干涉条纹。色光照射下各产生等厚干涉条纹。（1）设入射光波长为）设入射光波长为5893 ，G1和和G2相隔相隔5cm，T和和G1、G2间的干涉条纹都是间的干涉条纹都是0.5mm，试，试 求求G1和和G2的高度差。的高度差。

5、（2）如何推断哪一个块规长。）如何推断哪一个块规长。（3）假如）假如T和和G1间的条纹间距为间的条纹间距为0.5mm，T和和G2间的是间的是0.3mm,说明什么？说明什么？(1)先由条纹间距算出空气层劈角先由条纹间距算出空气层劈角再由两块规的距离再由两块规的距离 算出高度差算出高度差（2）轻压盖板）轻压盖板T的中部，两处条纹变更相反，条纹变密的一端高的中部，两处条纹变更相反，条纹变密的一端高（3）说明）说明G2的上下两表面不平行，使其上表面不严格平行于的上下两表面不平行，使其上表面不严格平行于G1的上表面，的上表面，造成两边空气层劈角不等，劈角差为造成两边空气层劈角不等，劈角差为例 用钠光 视

6、察迈克尔逊干涉条纹，先看到干涉场中有12个亮环，且中心是亮的，移动平面镜 后，看到中心吞了10环，而此时干涉场中还剩下5个亮环。试求：（1）移动的距离（2）起先时中心亮斑的干涉级（3）移动后，从中心向外数第5个亮环的干涉级(1)推断干涉类型（2）移动前移动后（3）移动后的中心亮环的级别为向外数第五个亮环的级别为例：单缝衍射试验例：单缝衍射试验,=605.8nm=605.8nm的光垂直入射，缝宽的光垂直入射，缝宽a=0.3mma=0.3mm，透镜焦距透镜焦距 f=1m f=1m。求：。求：(1)(1)中心明纹的宽度；中心明纹的宽度；(2)(2)其次级明纹其次级明纹 中心至中心明纹中心的距离；中心

7、至中心明纹中心的距离；(3)(3)相应于其次级和第三级明相应于其次级和第三级明 纹，单缝可分出多少个半波带，每个半波带的宽度是多少？纹，单缝可分出多少个半波带，每个半波带的宽度是多少？解解:可分出可分出5个和个和7个半波带个半波带半波带宽度分别为半波带宽度分别为例例 一双缝，缝间距一双缝，缝间距d=0.10mm，缝宽，缝宽a=0.02mm，用波长，用波长480nm的的平行单色光垂直入射该双缝，双缝后放一焦距为平行单色光垂直入射该双缝，双缝后放一焦距为50cm的透镜，试求：的透镜，试求：（1）单缝衍射中心亮纹的宽度；）单缝衍射中心亮纹的宽度；（2）透镜焦平面处屏上干涉主极大条纹的间距；）透镜焦平

8、面处屏上干涉主极大条纹的间距；（3）单缝衍射的中心包线内有多少条干涉的主级大。）单缝衍射的中心包线内有多少条干涉的主级大。（1）单缝衍射的两个第一级暗条纹中心间距离为中心明条纹的宽度）单缝衍射的两个第一级暗条纹中心间距离为中心明条纹的宽度 中心亮条纹的半角宽度中心亮条纹的半角宽度中心亮纹的宽度中心亮纹的宽度（2）透镜焦平面处屏上干涉主极大条纹的间距）透镜焦平面处屏上干涉主极大条纹的间距很小很小条纹角间距条纹角间距条纹间距条纹间距（3）单缝衍射的中心包线内共有）单缝衍射的中心包线内共有9条干涉主极大，两端处出现缺级条干涉主极大，两端处出现缺级 例例13-15 波波长长为为500nm和和520nm

9、的的两两种种单单色色光光同同时时垂垂直直入入射射在在光光栅栅常常量量为为0.002cm的的光光栅栅上上，紧紧靠靠光光栅栅后后用用焦焦距距为为2m的的透透镜镜把把光光线线聚聚焦焦在在屏屏幕幕上上。求求这这两两束束光的第三级谱线之间的距离。光的第三级谱线之间的距离。解：解：fx2x1解解:设自然光光强为设自然光光强为I I1 1旋转偏振片时透射光的最大值为最小值的五倍旋转偏振片时透射光的最大值为最小值的五倍即即其中其中解上两式解上两式,得得:所以入射光中两种成分的光强分别占总光强的所以入射光中两种成分的光强分别占总光强的 和和 一束线偏振光与自然光混合一束线偏振光与自然光混合,当它通过一旋转的偏振

10、片时当它通过一旋转的偏振片时,发发觉透射光强度的最大值是最小值的五倍，求光束中的两种成分觉透射光强度的最大值是最小值的五倍，求光束中的两种成分的光强各占总强度的百分比的光强各占总强度的百分比.解解:第一种状况：两偏振片第一种状况：两偏振片M和和N 正交，正交，晶片晶片C与与 M,N 透光轴成透光轴成45o 角，如图。角，如图。MNNMCCA1AoAeA2eA2o透过透过N的两相干光位相差为的两相干光位相差为（2k+1)时相消时相消满足上式的波长满足上式的波长即是在透射光中缺少的光波波长，即是在透射光中缺少的光波波长，在在400700nm的可见光范围内，有：的可见光范围内，有：一块厚一块厚 0.

11、025mm 的方解石晶片，其表面与光轴平行，放置在两的方解石晶片，其表面与光轴平行，放置在两正交偏振片之间。从第一块偏振片射出的线偏振光垂直入射在晶正交偏振片之间。从第一块偏振片射出的线偏振光垂直入射在晶片上，振动方向与晶片光轴方向成片上，振动方向与晶片光轴方向成 45o 角。试问在透过其次块偏角。试问在透过其次块偏振片的光在可见光谱中振片的光在可见光谱中(400700nm)中，缺少哪些波长？假如两中，缺少哪些波长？假如两偏振片方向平行，则透射光中缺少哪些波长？假定双折射率偏振片方向平行，则透射光中缺少哪些波长？假定双折射率 no-ne=0.172可看作常量。可看作常量。其次种状况：其次种状况

12、：M,N平行（将没有附加光程差）平行（将没有附加光程差）M,NCA1AeAoA2e,A2o透过透过 N的两相干光相消时，有的两相干光相消时，有在在 400 700 nm 的可见光范围内：的可见光范围内：图所示为杨氏干涉装置，其中S为单色自然光源，S1和S2为双孔。（1）假如在S后放置一偏振片P，干涉条纹是否发生变更？有何变更？插入P后，干涉条纹的形态、间距、反衬度均不发生变更。但由于自然光通过偏振片P时强度减半，导致屏幕上的平 均强度减半，干涉条纹的亮度下降。（2）假如在S1，S2各放置一偏振片P1，P2，它们的透振方向相互 垂直，并都与P的透振方向成45度角，观测屏上的条纹如何变更？由于P1

13、，P2的透振方向相互正交，干涉场是两束振动方向相互垂直的线偏振光的叠加。这不满足“振动方向相同”这一相干条件，屏幕上得不到干涉条纹，而是一片匀整照明，其强度是两束线偏振光的非相干叠加。（3）假如在观测屏前放置一偏振片P3，其透振方向与P平行，试比 较在这种情形下视察到的干涉条纹与P1，P2，P3都不存在时的干 涉条纹有何不同？这时经P1，P2出射的两相互正交的线偏振光，都再次投影到P3的投振方向上，使“振动方向相同”这一相干条件重新得到满足，屏幕上出现干涉条纹。条纹的形态、间距、反衬度均与P1、P2、P3都不存在时相同，但由于偏振片的二向色性，P1、P2、P3分别吸取了入射线偏振光中与其透振方

14、向垂直的重量，因此，与只有P单独存在时相比，干涉条纹的亮度下降。（4）同（3），假如将P旋转90度，屏上干涉条纹有何变更？假如在（3）中把P的透振方向旋转90度，由于两次投影引起的附加位相差变更了Pi，使原来的亮纹位置变成暗纹，而原来暗纹位置变成亮纹，其余不变。（5）同（3），假如将P撤去，屏上是否有干涉条纹，为什么？假如去掉P，投影到P3透振方向上的两个正交振动是来自于自然光的个垂直重量，之间是没有稳定的位相关系的。因此属于非相干叠加，此时干涉条纹消逝。屏幕上的照明趋于匀整。（6）类似（2）的布置，观测屏上的F0，F4分别是未加P1，P2时 0级和1级亮纹所在处，F1，F2，F3分别是F0F4的四等分点。试 说明F0，F1，F2，F3，F4各点的偏振状态屏幕上各处均为两个振幅相等的垂直光振动的合成，只是位相差各不相同。F0、F4两点分别为原干涉条纹的0级和1级亮纹处，因此位相差为 合成结果为线偏振F2点为位相差为 的两垂直振动合成，也为线偏振，但振动方向与F0，F4的振动方向正交。F1，F3两点的位相差为 ，、振幅大小相等的两垂直振动的合成，结果都为圆偏振，一个左旋，一个右旋。