1、wave optics幾何幾何光學(xué)光學(xué)波動波動光學(xué)光學(xué)量子量子光學(xué)光學(xué) ( (以光的直線傳播為基礎(chǔ)：光的獨立傳以光的直線傳播為基礎(chǔ)：光的獨立傳播定律、光的反射和折射定律播定律、光的反射和折射定律) )光光學(xué)學(xué)物理物理光學(xué)光學(xué)實驗基礎(chǔ)：光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象實驗基礎(chǔ)：光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象理論基礎(chǔ)：麥克斯韋電磁場理論理論基礎(chǔ)：麥克斯韋電磁場理論模型：電磁波模型：電磁波涉及范圍：光的傳播及其規(guī)律涉及范圍：光的傳播及其規(guī)律實驗基礎(chǔ)：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)實驗基礎(chǔ)：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)理論基礎(chǔ)：量子論理論基礎(chǔ)：量子論模型：光量子模型：光量子涉及范圍：光和物質(zhì)的相互作用涉及范圍：光和物質(zhì)的相互作用幾何

2、光學(xué)幾何光學(xué) 波動光學(xué)波動光學(xué)量子光學(xué)量子光學(xué)1717世紀世紀1919世紀世紀2020世紀世紀光學(xué)的發(fā)展：光學(xué)的發(fā)展：4-14-1 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電場強度是電場強度 E 矢量，稱為矢量，稱為光矢量光矢量。 E 矢量的振動稱為矢量的振動稱為光振動光振動。20EI 20EI 在波動光學(xué)中，主要討論的是相對光強，因此直在波動光學(xué)中，主要討論的是相對光強，因此直接把接把光強光強定義為：定義為：一、光波的描述方法一、光波的描述方法可見光波長在可見光波長在400nm-760nm。光波是電磁波光波是電磁波紅外區(qū)紅外區(qū)可見光可見光紫外區(qū)紫外區(qū)光波的光波的能流

3、密度。能流密度。光強光強 I二、光的疊加性二、光的疊加性 相干條件相干條件1S2Sp1E2E1r2r)2cos(),(111011 rtEtrE)2cos(),(222022 rtEtrE兩頻率相同，振動方向相同的光波在兩頻率相同，振動方向相同的光波在p點相遇點相遇 cos22010220210EEEEE cos22121IIIII )(21212rr 干干涉涉項項 cos221II1、非相干疊加、非相干疊加兩獨立光源兩獨立光源所發(fā)出所發(fā)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發(fā)出的光發(fā)出的光疊加疊加21III 疊加后光強等于兩光束單獨照射時的光強之和，疊加后光強等于兩光束單獨照

4、射時的光強之和，無干涉現(xiàn)象無干涉現(xiàn)象.0cos221 II干干涉涉項項要使兩列波在要使兩列波在P處產(chǎn)生相干疊加處產(chǎn)生相干疊加兩列波的條件：兩列波的條件：（1）振動方向相同）振動方向相同（2）頻率相同）頻率相同（3）相位差恒定）相位差恒定相相干干光光 cosIIIII21212 相位差相位差“瞬息萬變瞬息萬變” cosIIIII21212 2、相干疊加、相干疊加滿足相干條件的兩束光疊加后滿足相干條件的兩束光疊加后相位差恒定，有干涉現(xiàn)象相位差恒定，有干涉現(xiàn)象21II 若若)cos1(21 II142IIk 0)12( Ik 干涉相長干涉相長干涉相消干涉相消)(21212rr 三三、獲得相干光獲得相

5、干光波一般波一般方法方法光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子. . = (E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射能級躍遷輻射波列波列波列長波列長L = L = 0 0c c1. 1. 普通光源：普通光源：自發(fā)輻射自發(fā)輻射獨立獨立(不同原子發(fā)的光不同原子發(fā)的光)獨立獨立(同一原子先后發(fā)的光同一原子先后發(fā)的光) 發(fā)光的隨機性發(fā)光的隨機性 發(fā)光的間發(fā)光的間歇歇性性秒秒8010 鈉鈉光光燈燈A鈉鈉光光燈燈B兩束光兩束光不相干！不相干??？兩個獨立的兩個獨立的普通普通光源能否成為一對相干光源光源能否成為一對相干光源 普通光源發(fā)出的光是由光源中各個分子或原子普通光源發(fā)出的光是由光源

6、中各個分子或原子發(fā)出的波列組成的，而這些波列之間沒有固定的相發(fā)出的波列組成的，而這些波列之間沒有固定的相位關(guān)系。因此，來自兩個獨立光源的光波，即使頻位關(guān)系。因此，來自兩個獨立光源的光波，即使頻率相同，振動方向相同，它們的相位差也不可能保率相同，振動方向相同，它們的相位差也不可能保持恒定，因而不是相干光；同一光源的兩個不同部持恒定，因而不是相干光；同一光源的兩個不同部分發(fā)出的光，也不滿足相干條件。分發(fā)出的光，也不滿足相干條件。 NO! NO! 2. 2. 激光光源：激光光源：受激輻射受激輻射 = (E2-E1)/hE1E2 完全一樣完全一樣(振動方向振動方向,頻率頻率,相位相位.)相干光源相干光

7、源91 1 分波陣分波陣面面法法 楊氏干涉楊氏干涉2 2 分振幅法分振幅法 薄膜薄膜干涉干涉普通光源獲得相干光的途徑（方法）普通光源獲得相干光的途徑（方法）pS * *分波分波陣陣面法面法分振幅法分振幅法p薄膜薄膜S S * *3 3 分振動面法分振動面法 偏振光干涉偏振光干涉光從光從A到到B：n介質(zhì)介質(zhì)r真空真空真空真空ABucn 傳播速度傳播速度ncu 波長波長nncu 相位差相位差 nrr22 四四、 光程和光程差光程和光程差 將將光在介質(zhì)中所走的路程，折算為在真空中的路程。光在介質(zhì)中所走的路程，折算為在真空中的路程。（將（將光在介質(zhì)中的傳播，折算為在真空中的傳播光在介質(zhì)中的傳播，折算為

8、在真空中的傳播.）介質(zhì)中：介質(zhì)中：真空中：真空中：n1crrnr光波在介質(zhì)中傳播時，其相位變化，不但與傳播光波在介質(zhì)中傳播時，其相位變化，不但與傳播的幾何路程有關(guān)，而且還與介質(zhì)的折射率有關(guān)。的幾何路程有關(guān)，而且還與介質(zhì)的折射率有關(guān)。 nr2 為了便于計算為了便于計算 ncu c nncu nriiirnL iirnL光程光程 iiiurtcLrnciii 1 iiirnL光光程程其其中中光程表示在相同的時間內(nèi)光在真空中通過的路程光程表示在相同的時間內(nèi)光在真空中通過的路程ctL 1r2r3rmr1u2u3umuQP12m3 iiincr1S2S1n1r2r2nP光程之差稱為光程差光程之差稱為光程

9、差)(112212rnrnLL nsnrnssr)1()( 光程差光程差)(1122rnrn 2 若兩相干光源是同位相的若兩相干光源是同位相的 20 , k 2)1 2( k加加強強（明明）210 ,k 兩相干光源同位相，干涉條件兩相干光源同位相，干涉條件減減弱弱（暗暗）210 ,k 4-2 4-2 分波陣面干涉分波陣面干涉 一、楊氏雙縫干涉實驗一、楊氏雙縫干涉實驗1、實驗裝置、實驗裝置S1S2S*k=+1k=-2k=+2k= 0k=-1I2、楊氏干涉條紋、楊氏干涉條紋S1S2SD xd1r2rpo D D d dP點的光強決定于兩束光到達時的相位差點的光強決定于兩束光到達時的相位差， 決定于

10、兩束光的光程差決定于兩束光的光程差 1122rnrn 光光程差：程差：112 nn設(shè) 路路程程差差則則12rr sind sind 明暗條紋條件：明暗條紋條件：明紋明紋暗紋暗紋明暗條紋位置：明暗條紋位置：明紋明紋暗紋暗紋相鄰明紋相鄰明紋(暗紋暗紋)的距離的距離：), 3 , 2 , 1 , 0(sin kkd ), 3 , 2 , 1(2)12(sin kkd sintanDDx ), 3 , 2 , 1 , 0( kdDkx ), 3 , 2 , 1(2)12( kdDkx )(等等距距離離分分布布dDx 條紋特點：條紋特點： 一系列平行等間距的明暗相間的條紋。一系列平行等間距的明暗相間的條

11、紋。 S1S2SD xd1r2rpo dDkx 若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。3、實際應(yīng)用、實際應(yīng)用楊氏干涉可用于測量波長。楊氏干涉可用于測量波長。方法一：測出方法一：測出x方法二：方法二：測出測出 xdDkx dDx S1S2SD xd1r2rpo 4、思考、思考？ 若將楊氏雙縫干涉裝置從空氣中移到水中，干涉條若將楊氏雙縫干涉裝置從空氣中移到水中，干涉條紋將如何移動。紋將如何移動。？ 若將楊氏雙縫干涉裝置光屏前、后移動，若將楊氏雙縫干涉裝置光屏前、后移動，干涉條紋將如何變化。干涉條紋將如何變化。？ 若將楊氏雙縫干涉裝置中雙縫間距增大、若將楊氏雙縫干涉裝置

12、中雙縫間距增大、減少，干涉條紋將如何變化。減少，干涉條紋將如何變化。 knd sin kDxnd ndDkx dDkx dDkx ndksin二、洛埃鏡實驗二、洛埃鏡實驗1S2SMLdpQ pQD光欄光欄EE E 當(dāng)屏幕當(dāng)屏幕 E 移至移至E處，從處，從 S1和和 S2 到到 L點的點的光程差為零，但是觀察到暗條紋，光程差為零，但是觀察到暗條紋，驗證了反射驗證了反射時有半波損失存在。時有半波損失存在。21)(rnLLr 解：解：(1)從從S1和和S2發(fā)出的相干光所對應(yīng)的光程差發(fā)出的相干光所對應(yīng)的光程差Lnrr)1(12 零條紋對應(yīng)于光程差為零，其位置應(yīng)滿足：零條紋對應(yīng)于光程差為零，其位置應(yīng)滿足

13、：所以零級明條紋上移所以零級明條紋上移1S2S1r2rL0 例例 在楊氏雙縫干涉實驗中，在楊氏雙縫干涉實驗中，入射光的波長為入射光的波長為 ，若在縫，若在縫S1 1與屏幕之間放置一厚度為與屏幕之間放置一厚度為L，折射率為，折射率為n的透明介質(zhì)。的透明介質(zhì)。試問試問(1) (1) 零級明紋將如何移零級明紋將如何移動？動？0)(21 krnLLr(2)(2)如果觀測到零級明紋移到了原來的如果觀測到零級明紋移到了原來的k級明紋處，級明紋處，求透明介質(zhì)的厚度。求透明介質(zhì)的厚度。原來原來 k 級明條紋位置滿足：級明條紋位置滿足： krr12有介質(zhì)時零級明條紋應(yīng)有介質(zhì)時零級明條紋應(yīng)滿足：滿足：Lnrr)1

14、(12 1 nkLLnk)1( (2)如果觀測到零級明紋移到了原來的如果觀測到零級明紋移到了原來的k級明紋處，級明紋處，求透明介質(zhì)的厚度。求透明介質(zhì)的厚度。1S2S1r2rL0)(21 rnLLr練習(xí)：已知：雙縫間距練習(xí)：已知：雙縫間距d=0.60mm, ,縫和屏幕間距縫和屏幕間距D=1.50m，若測得相鄰兩明條紋間距，若測得相鄰兩明條紋間距x=1.50mm。1)1)求入射光的波長？求入射光的波長？2)2)若以折射率若以折射率n=1.30，厚度厚度L=0.01mm的透明的透明薄膜遮住一縫，原來的薄膜遮住一縫，原來的中央明條紋將變成第幾中央明條紋將變成第幾級明條紋？級明條紋？1S2S1r2rLD

15、P解解:1):1)dDx 50. 1106 . 01050. 133 Ddx )(1067m 2)2)若以折射率若以折射率n=1.30，厚度，厚度L=0.01mm的透明薄膜遮的透明薄膜遮住一縫，原來的中央明條紋將變成第幾級明條紋？住一縫，原來的中央明條紋將變成第幾級明條紋？解：解：未遮薄膜時，中央未遮薄膜時，中央明條紋光程差為明條紋光程差為:1S2S1r2rLDP012 rr 遮上薄膜后光程差為遮上薄膜后光程差為:LnrnLLr)1(12 設(shè)此處為設(shè)此處為k級明紋，則級明紋，則: kLn )1(5106101 . 0)13 . 1()1(73 Lnk4-3 4-3 分振幅干涉分振幅干涉 利用薄

16、膜上、下兩個表面對入射光的反射利用薄膜上、下兩個表面對入射光的反射(或折或折射射)，可在反射方向，可在反射方向(或透射方向或透射方向)獲得相干光束。獲得相干光束。一、等傾干涉一、等傾干涉在一均勻透明介質(zhì)在一均勻透明介質(zhì)n1中中放入上下表面平行放入上下表面平行, ,厚度厚度為為e 的均勻介質(zhì)的均勻介質(zhì) n2(n1)1.1.等傾干涉條紋等傾干涉條紋ABC1n1n2neira1a2aD光線光線a2與光線與光線 a1的光程差為：的光程差為：2/)(12 ADnnBCAB半波損失半波損失由折射定律和幾由折射定律和幾何關(guān)系可得出：何關(guān)系可得出：reACtan2 reBCABcos/ rninsinsin2

17、1 iACADsin 2cos22 ren2222222 rsinnneABC1n1n2neira1a2aD2222122 isinnne垂直入射時垂直入射時：222 en 暗暗紋紋明明紋紋, 2 , 1 , 0212, 2 , 12sin222122kkkkinne 干涉條件干涉條件薄膜薄膜aa1a2n1n2n3附加光程差的確定附加光程差的確定滿足滿足n1n3(或或n1 n2 n2n3(或或n1 n2 時的極限情況。時的極限情況。當(dāng)當(dāng)a 或或 a 時會出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象。時會出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象。 當(dāng)縫寬比波長大很多時，形成單一的明條紋當(dāng)縫寬比波長大很多時，形成單一的明條紋. . 顯示了光的直

18、線傳播的性質(zhì)顯示了光的直線傳播的性質(zhì). .結(jié)論結(jié)論陰陰影影屏幕屏幕屏幕屏幕 中央明紋中央明紋為為白色，其兩側(cè)呈白色，其兩側(cè)呈現(xiàn)一系列從紫到紅的彩色。現(xiàn)一系列從紫到紅的彩色。明明紋紋 2)12(afkx 如果用白光做光源如果用白光做光源: : a. 光強分布光強分布當(dāng)當(dāng) 角增加時，半波帶數(shù)增加，未被抵消的角增加時，半波帶數(shù)增加，未被抵消的半波帶面積減少，所以光強變??；半波帶面積減少，所以光強變?。粏栴}問題當(dāng)當(dāng) 增加時增加時光強的極大值迅速光強的極大值迅速衰減。為什么？衰減。為什么？Ia52a32a32a520sin 2)12(sin kaak2)12(sin 因為衍射角相同的光因為衍射角相同的光

19、線，會聚在接收屏的線，會聚在接收屏的相同位置上。相同位置上。OaOab、單縫位置對光強分布的影響、單縫位置對光強分布的影響問題問題：衍射屏為：衍射屏為平行等寬平行等寬雙狹縫雙狹縫，每一個縫的衍射，每一個縫的衍射圖樣、位置一樣嗎？圖樣、位置一樣嗎？單縫上下移動，單縫上下移動，條紋位置不變。條紋位置不變。條紋位置如何？條紋位置如何？18c、 縫寬縫寬a對條紋分布的影響對條紋分布的影響a 變大，條紋變窄；變大，條紋變窄； a 變小，條紋變寬。變小，條紋變寬。d、 波長對條紋分布的影響波長對條紋分布的影響所以衍射條紋寬度隨波長的減小而變窄。所以衍射條紋寬度隨波長的減小而變窄。 20afx 中中央央明明

20、紋紋 afx 其其它它明明紋紋小，條紋窄；小，條紋窄； 大，條紋寬。大，條紋寬。例例 一束波長為一束波長為 =500nm的平行光垂直照射在一的平行光垂直照射在一個單縫上。個單縫上。 如果所用的單縫的寬度如果所用的單縫的寬度a=0.5mm，縫后緊挨著的薄透鏡焦距縫后緊挨著的薄透鏡焦距f=1m，求：，求：(1)第一級第一級暗紋離中央明紋中心的距離；暗紋離中央明紋中心的距離； (2)中央明條紋的中央明條紋的半角寬度；半角寬度； (3)中央亮紋的線寬度；中央亮紋的線寬度； (4) 如果在如果在屏幕上離中央明紋中心為屏幕上離中央明紋中心為x=3.5mm的的P處為一明處為一明紋，則它為第幾級明紋？從紋，則

21、它為第幾級明紋？從P處看，對該光波而處看，對該光波而言，狹縫處的波陣面可分割成幾個半波帶？言，狹縫處的波陣面可分割成幾個半波帶？解：解：(2)(2)中央亮紋半角寬度中央亮紋半角寬度mmmftanfx2101222301 (3)(3)中央亮紋線寬度中央亮紋線寬度rada3471010105105 (1)(1)第一級暗紋離中央明紋中心的距離第一級暗紋離中央明紋中心的距離mmmafsinftanfx1105105147111 ksina 1sinaEABxPof(4)(4)已知已知x=3.5=3.5mm是是明明紋紋 明明紋紋212 ksina sinftanfx 3 k當(dāng)當(dāng)k=3時，光程差時，光程差

22、272)12(sin ka狹縫處波陣面可分成狹縫處波陣面可分成7個半波帶。個半波帶。 212 kaf 21051210511053743 k.EABxPof實驗裝置實驗裝置S*D4-7 4-7 圓孔夫瑯和費衍射圓孔夫瑯和費衍射中央是個明中央是個明亮的圓斑，亮的圓斑，外圍是一組外圍是一組同心的明暗同心的明暗相間的圓環(huán)。相間的圓環(huán)。圓孔衍射圓孔衍射光強分布光強分布由第一暗環(huán)圍成的光斑，占整由第一暗環(huán)圍成的光斑，占整個入射光束總光強的個入射光束總光強的84%，稱，稱為為愛里斑愛里斑。愛里斑愛里斑0I sinDr/22. 1/61. 0sin 第一暗環(huán)對應(yīng)的衍射角第一暗環(huán)對應(yīng)的衍射角 稱為稱為愛里斑的

23、半角寬度愛里斑的半角寬度，（它標志著衍射的程度）（它標志著衍射的程度） ftgR 式中式中D=2r 為圓孔的直徑，若為圓孔的直徑，若 f 為透鏡為透鏡L2 的焦距，則的焦距，則愛里斑的半徑愛里斑的半徑為：為：第一級暗環(huán)的衍射角滿足；第一級暗環(huán)的衍射角滿足；Drtg/22. 1/61. 0sin fDR 22. 1 4-84-8 光柵衍射光柵衍射ab條紋特點：亮、細、疏條紋特點：亮、細、疏衍射光柵：衍射光柵：由大量等間距、等寬度的平行狹縫由大量等間距、等寬度的平行狹縫 所組成的光學(xué)元件。所組成的光學(xué)元件。光柵常數(shù)：光柵常數(shù)：a+b數(shù)量級為數(shù)量級為10-510-6m一、光柵的衍射花樣一、光柵的衍射

24、花樣二、光柵方程二、光柵方程d=a+b光柵常數(shù)光柵常數(shù)d 的數(shù)量級約的數(shù)量級約10-6 米米透透射射光光柵柵AabPOf每縫都會衍射每縫都會衍射縫縫還有干涉縫縫還有干涉1 1、明紋條件、明紋條件 (光柵方程光柵方程)狹縫越多，條紋就越明亮。狹縫越多，條紋就越明亮。AabPOf透透射射光光柵柵每縫都會衍射，縫縫還有干涉每縫都會衍射，縫縫還有干涉在衍射角為任意角在衍射角為任意角 的方向上，從任意兩相鄰窄縫的方向上，從任意兩相鄰窄縫相應(yīng)點發(fā)出的光到達相應(yīng)點發(fā)出的光到達P點的光程差都是點的光程差都是dsin .明明紋紋)(0,1,2,sin kkd 在相鄰暗條紋之間必定有次級明紋，稱為次極大。在相鄰暗

25、條紋之間必定有次級明紋，稱為次極大。相鄰主極大之間有相鄰主極大之間有( (N- -2) )個次極大。個次極大。 在相鄰主極大明條紋之間在相鄰主極大明條紋之間實際上有實際上有N- -1個暗條紋個暗條紋 。N=2N=6AabPOf36明明紋紋 kd sin光柵衍射光柵衍射 光柵衍射圖樣是多縫干涉光強分布光柵衍射圖樣是多縫干涉光強分布受單縫衍射光強分布調(diào)制的結(jié)果。受單縫衍射光強分布調(diào)制的結(jié)果。單單縫衍射縫衍射多縫干涉多縫干涉光柵衍射光柵衍射 單縫衍射和多縫干涉的總效果。單縫衍射和多縫干涉的總效果。缺級時同時滿足：缺級時同時滿足：2 2、缺級缺級若干涉的某一級明紋恰落若干涉的某一級明紋恰落在衍射的一暗

26、紋處，這一在衍射的一暗紋處，這一級明條紋便會缺掉。級明條紋便會缺掉。 ksind ksina kkad 則則有有所缺的級數(shù)所缺的級數(shù)k為：為：) )( (, 321 ,kkadk 例如當(dāng)例如當(dāng)d/a=3時，時， 則缺級的級數(shù)為則缺級的級數(shù)為 3， 6。 如果有幾種單色如果有幾種單色光同時投射在光柵光同時投射在光柵上，在屏上將出現(xiàn)上，在屏上將出現(xiàn)光柵光譜。光柵光譜。xf0 屏屏復(fù)色光復(fù)色光白光投射在光柵上，在屏上白光投射在光柵上，在屏上除零級主極大明條紋由各種除零級主極大明條紋由各種波長混合仍為白光外，其兩波長混合仍為白光外，其兩側(cè)將形成由紫到紅對稱排列側(cè)將形成由紫到紅對稱排列的彩色光帶。的彩色

27、光帶。三、三、 光柵光譜光柵光譜例例 波長為波長為600nm的單色光垂直入射在一光柵上，的單色光垂直入射在一光柵上，第二級明紋出現(xiàn)在第二級明紋出現(xiàn)在sin2=0.2=0.2處，第處，第4 4級缺級。求：級缺級。求：(1)(1)光柵常數(shù)是多少？光柵常數(shù)是多少？(2)(2)狹縫的最小寬度是多少？狹縫的最小寬度是多少？ (3)(3)按上述選定的按上述選定的a、d值，實際上能觀察到的全部值，實際上能觀察到的全部明紋數(shù)是多少？明紋數(shù)是多少？解解: (1) ksind nmd6000 nmdamin15004 600220 .d ksind ksina 60004 kdkka1 k取取(2)maxkksi

28、n ，1 1 106006000 nmnmdkmax 在在-900sin900范圍內(nèi)可觀察到的明紋級數(shù)為范圍內(nèi)可觀察到的明紋級數(shù)為k=0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 9,共共15條明紋條明紋 ksind (3)實際上能觀察到的全部明紋數(shù)是多少？實際上能觀察到的全部明紋數(shù)是多少？相鄰兩縫的入射光在入射到光柵前已有光程差相鄰兩縫的入射光在入射到光柵前已有光程差d(sin sin 0 )=k k=0,1, 2, 3 單色平行光傾斜地射到光柵上單色平行光傾斜地射到光柵上0 0 )(a)(bdsin=k k=0,1, 2, 3 光柵方程光柵方程:光柵方程：光柵方程：dsin 0例例 用每厘米有

29、用每厘米有5000條縫的光柵，觀察鈉光譜線，條縫的光柵，觀察鈉光譜線，=589.3nm。在下列情況下，最多能看到幾級條紋？。在下列情況下，最多能看到幾級條紋？1.光線垂直入射時；光線垂直入射時；2. 光線以光線以30o角傾斜入射時。角傾斜入射時。最多能看到最多能看到3級條紋。級條紋。解：解：1. 由光柵方程：由光柵方程： ksind sindkmax maxk，sin時時當(dāng)當(dāng)1 md621025000101 310893510226 .(3.39)在進入光柵之前有一附在進入光柵之前有一附加光程差加光程差A(yù)B，所以：，所以： 2. 傾斜入射傾斜入射光柵方程變?yōu)椋汗鈻欧匠套優(yōu)椋?030 )(00

30、sinsindsindsindBCAB ksinsind )(0,3000 5)(0 sinsindkmaxxfo屏屏A.BC. 0 nm.,md35891026 ( 5.09 )，900時時 4-9 4-9 光的偏振光的偏振一一、自然光、自然光和和偏振光偏振光一束自然光可分解為兩束振動方向一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、相互垂直的、等幅的光振等幅的光振動動。自然光的表示法：自然光的表示法： 沒有一個方向的沒有一個方向的光振動光振動占占有優(yōu)勢。有優(yōu)勢。 x20IIIyx 1.1.自然光自然光沒有優(yōu)勢方向沒有優(yōu)勢方向由于普通光原中原子發(fā)光的獨立性、隨機性和間由于普通光原中原子發(fā)光的獨立

31、性、隨機性和間歇性，大量原子發(fā)出的光，歇性，大量原子發(fā)出的光，沒有一個方向的沒有一個方向的光振光振動動占占有優(yōu)勢，有優(yōu)勢，各個方向光各個方向光矢量矢量E的振幅相等。的振幅相等。振動面：振動面：光光矢量矢量的振動方向與光的傳播方向構(gòu)成的平面。的振動方向與光的傳播方向構(gòu)成的平面。偏振偏振: :光光矢量矢量的振動方向相對傳播方向的不對稱性。的振動方向相對傳播方向的不對稱性。光矢量光矢量振動面振動面voHE2. 2. 線偏振光和線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光矢量只沿一個固定方向振動。光矢量只沿一個固定方向振動。線偏振光線偏振光(完全偏振光、平面偏振光

32、完全偏振光、平面偏振光)E播播傳傳方方向向振振動動面面線偏振光的表示法：線偏振光的表示法：光振動平行板面光振動平行板面x光振動垂直板面光振動垂直板面 x部分偏振光部分偏振光 某個方向的某個方向的光振動光振動占占有優(yōu)勢。有優(yōu)勢。 部分偏振光可分解為兩束振動方向部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、相互垂直的、不等幅的不等幅的線偏振光。線偏振光。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動較強光振動較強垂直板面的垂直板面的光振動較強光振動較強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與與線偏線偏振光振光的混合。的混合。二二、偏振片的、偏振片的起偏和

33、檢偏起偏和檢偏 馬呂斯定律馬呂斯定律起偏：起偏：使自然光（或部分偏振光）變成線偏振光的過程。使自然光（或部分偏振光）變成線偏振光的過程。檢偏：檢偏：檢查入射光的偏振性。檢查入射光的偏振性。1 1、偏振片的起偏和檢偏、偏振片的起偏和檢偏將待檢查的入射光垂直入將待檢查的入射光垂直入射偏振片，緩慢轉(zhuǎn)動偏振射偏振片，緩慢轉(zhuǎn)動偏振片，觀察光強的變化，確片，觀察光強的變化，確定光的偏振性。定光的偏振性。透透光光軸軸方方向向自然光自然光偏振片偏振片線偏振光線偏振光偏偏振振化化方方向向線偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，線偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化，有消光現(xiàn)象光強發(fā)生變化，有消光現(xiàn)象自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光

34、強不變。自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變。部分偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，部分偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化。光強發(fā)生變化。2 2、 馬呂斯定律馬呂斯定律 I0IP2020EEII 馬呂斯定律馬呂斯定律（18091809） -線偏振光的振動方向與檢偏器的偏振化方向線偏振光的振動方向與檢偏器的偏振化方向 之間的夾角。之間的夾角。線偏振光可沿線偏振光可沿兩個相互垂直兩個相互垂直的方向分解的方向分解EEyEx yx sincosEEEEyx P E0 E=E0cos 檢偏器檢偏器透射軸透射軸線偏振光線偏振光振動方向振動方向 20cosII 220220coscos EEI?P待檢光待檢光I不變不變

35、是什么光？是什么光？I變，有消光變，有消光是什么光？是什么光？I變，無消光變，無消光是什么光？是什么光？討論討論 20cosII 0max0III ， 02 I， 消光消光例：例：用兩偏振片平行放置作為起偏器和檢偏器。當(dāng)它用兩偏振片平行放置作為起偏器和檢偏器。當(dāng)它們的偏振化方向之間的夾角為們的偏振化方向之間的夾角為30時，一束單色自然時，一束單色自然光穿過它們，出射光強為光穿過它們，出射光強為I1，當(dāng)它們的偏振化方向之，當(dāng)它們的偏振化方向之間的夾角為間的夾角為60時，另一束單色自然光穿過它們，出時，另一束單色自然光穿過它們，出射光強為射光強為I2，且，且I1=I2。 求兩束單色自然光的強度之求

36、兩束單色自然光的強度之比。比。解：解： 令令I(lǐng)1和和I2分別為兩光源照到起偏器上的光強。透過分別為兩光源照到起偏器上的光強。透過起偏器后，光的強度分別為起偏器后，光的強度分別為I1/2和和I2/2。按馬呂斯定律，。按馬呂斯定律，透過檢偏器的光強分別是透過檢偏器的光強分別是ooIIII60cos21,30cos21222211 按題意按題意 I1=I2， 所以有所以有ooII60cos2130cos212221 由此得由此得3130cos60cos2221 ooII例例: P1 、 P2與與P3三個偏振片堆疊在一起，三個偏振片堆疊在一起， P1與與P3的的偏振化方向相互垂直，偏振化方向相互垂直，

37、 P2與與P1的偏振化方向間的夾的偏振化方向間的夾角為角為30強度為強度為I0的自然光垂直入射于偏振片，的自然光垂直入射于偏振片，并依次透過偏振片并依次透過偏振片P1 、 P2與與P3 ，則通過三個偏振，則通過三個偏振片后的光強為多少片后的光強為多少 ?022032360cos30cos21IIIoo 三、布儒斯特定律三、布儒斯特定律- -反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振自然光自然光部分部分偏振光偏振光反射和折射過程會使入射的自然光一定程度的偏振化。反射和折射過程會使入射的自然光一定程度的偏振化。1n2nr部分部分偏振光偏振光i偏振化程度與入射角和兩種介質(zhì)的折射率有關(guān)。偏振化程度與入射角和兩種介質(zhì)的折射率有關(guān)。21120tgnnni 反射光是振動方向垂直于入射面的線偏振光。反射光是振動方向垂直于入射面的線偏振光。200 ri0i起偏振角起偏振角布儒斯特角