一 圓孔的夫瑯禾費衍射 衍射屏 觀察屏 1 圓孔孔徑為d 中央亮斑 愛里斑 透鏡L 是第1級暗紋的衍射角 也是愛里斑的角半徑 12 9光學儀器的分辨率 計算結果表明 透鏡的焦距為 愛里斑半徑 愛里斑上分布的光能占通過圓孔的總光能的84 是兩點對于透鏡光心的夾角 d 二 光學儀器的分辨本領 瑞利判據 對于兩個等光強的非相干物點 如果一個像斑中心恰好落在另一像斑的邊緣 第一暗紋處 則此兩像被認為是剛好能分辨 此時兩像斑中心角距離為最小分辨角 可分辨 剛可分辨 不可分辨 分辨本領 結論 透鏡的孔徑越大 光學儀器的的分辨本領 分辨率 就越高 波長越短光學儀器的的分辨本領 分辨率 最小分辨角 說明 1 光學儀器 希望分辨角越小越好 希望分辨本領越大越好 2 對于天文望遠鏡 3 對于顯微鏡 波長一定 增大光學儀器的半徑 光學儀器的半徑不能增大 減小波長 如 哈勃望遠鏡 電子顯微鏡 1990年發射的哈勃太空望遠鏡的凹面物鏡的直徑為2 4m 最小分辨角 在大氣層外615km高空繞地運行 可觀察130億光年遠的太空深處 發現了500億個星系 眼睛的最小分辨角為 設人離車的距離為S時 恰能分辨這兩盞燈 取 在迎面駛來的汽車上 兩盞前燈相距120cm 設夜間人眼瞳孔直徑為5 0mm 入射光波為550nm 例 人在離汽車多遠的地方 眼睛恰能分辨這兩盞燈 求 解 d 120cm S 由題意有 觀察者 三 光柵的分辨本領 波長為 的第k級主極大的角位置為 波長為 的第kN 1級極小的角位置為 光柵的分辨本領是指把波長靠得很近的兩條譜線分辨清楚的本領 光柵的瑞利準則要分辨第k級光譜中波長為 和 的兩條譜線 就要滿足波長為 的第k級主極大正好與波長為 的最鄰近的極小相重合 即與第kN 1級極小重合 例 設計一光柵 要求 1 能分辨鈉光譜的5 890 10 7m和5 896 10 7m的第二級譜線 2 第二級譜線衍射角 3 第三級譜線缺級 解 1 按光柵的分辨本領 即必須有 2 根據 由于 所以 這樣光柵的N a b均被確定 3 缺級條件 12 11X射線的衍射 一 X射線的產生 電磁波 10 1 102 倫琴 倫琴射線1895年 X射線是由高速電子撞擊物體時產生 X射線 二 勞厄實驗 為了實現X射線的衍射而設計的 勞厄 衍射圖樣 勞厄斑 證實了X射線的波動性 dsin 1 2 晶面 A C B 衍射中心 掠射角 d 晶面間距 點間散射光的干涉 每個原子都是散射子波的子波源 同一層晶面上相鄰兩束光的光程差為零 三 布喇格公式 不同晶面間散射光的干涉 布喇格公式 四 應用 已知 可測d X射線晶體結構分析 已知 d可測 X射線光譜分析 五 實際觀察X射線衍射的作法 a 勞厄法 b 粉末法 機械波穿過狹縫 光的波動性 機械橫波與縱波的區別 光波是橫波 光的干涉 衍射 光的偏振 12 12自然光和偏振光 一 自然光 非偏振光 光矢量 電磁波的E矢量 在垂直于光傳播方向上的所有可能方向上 E振動的振幅都相等 這樣的光稱為自然光 自然光的圖示 各光矢量間無固定的相位關系 二互相垂直方向是任選的 二 偏振光 線偏振光 某一光束只含有一個方向的光振動 振動面 光振動方向與光傳播方向所確定的那平面 部分偏振光 某一方向的光振動比與之相垂直的另一方向的光振動占優勢 振動面 二偏振片起偏與檢偏 二向色性 某些物質能吸收某一方向的光振動 而只讓與這個方向垂直的光振動通過 這種性質稱二向色性 偏振片 涂有二向色性材料的透明薄片 偏振化方向 當自然光照射在偏振片上時 它只讓某一特定方向的光通過 這個方向叫此偏振片的偏振化方向 自然光 檢偏 二 馬呂斯定律 光強為I1的線偏振光 透過偏振片后 透射強度為 1 自然光通過偏振片后光強減為原來的二分之一 2 旋轉起偏片 屏幕上光強不變 例題 已知自然光通過兩個偏振化方向夾角為60 的偏振片 透射光強為I1 今在這兩偏振片之間再插入另一偏振片 它的偏振化方向與前兩個偏振片的偏振化方向均夾30 角 則透射光強為多少 解 若在間變化 如何變化 12 14反射和折射時光的偏振 一 一般情況下的反射光和折射光 反射光部分偏振光 垂直于入射面的振動大于平行于入射面的振動 折射光部分偏振光 平行于入射面的振動大于垂直于入射面的振動 理論和實驗證明 反射光的偏振化程度與入射角有關 布儒斯特定律 1812年 反射光為完全偏振光 且振動面垂直入射面 折射光為部分偏振光 當時 反射光和折射光互相垂直 空氣 1 空氣 例一自然光自空氣射向一塊平板玻璃 入射角為布儒斯特角 問在界面2的反射光是什么光 注意 一次起偏垂直入射面的振動僅很小部分被反射 約15 所以反射偏振光很弱 一般應用玻璃片堆產生偏振光 對于一般的光學玻璃 反射光的強度約占入射光強度的7 5 大部分光將透過玻璃 討論下列光線的反射和折射 起偏角 一雙折射的尋常光和非尋常光 12 15光的雙折射 光通過雙折射晶體 一般情況 非常光線不在入射面內 實驗證明 O光和光均為偏振光 尋常光線在晶體中各方向上傳播速度相同 常量 非常光線晶體中各方向上傳播速度不同 隨方向改變而改變 為主折射率 方解石晶體 光