光光 学学 篇篇光光 学学 篇篇光光学学几何几何光学光学物理物理光学光学(以光的直线传播为基础：光的独立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传播定律，光的反射和折射定律)波动波动光学光学量子量子光学光学实验基础：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：模型： 电磁波电磁波 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：模型： 光量子光量子 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17世纪世纪波动光学波动光学19世纪世纪量子光学量子光学20世纪世纪光是电磁波光是电磁波 一、一、 电磁波的产生电磁波的产生 1.电磁波是交变电磁场在空间的传播电磁波是交变电磁场在空间的传播2. 电磁波是横波电磁波是横波3. 电场与磁场大小的关系电场与磁场大小的关系4. 波速波速真空中真空中5. 电磁波的能量密度电磁波的能量密度光具有波动性的判据光具有波动性的判据干涉现象干涉现象衍射现象衍射现象光是横波的判据光是横波的判据光是一种电磁波，光是一种电磁波，光矢量光矢量用用 矢量表示光矢量矢量表示光矢量,它在它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用引起人眼视觉和底片感光上起主要作用 。偏振现象偏振现象二、二、 光是电磁波光是电磁波 光色光色 波长波长(nm) 频率频率(Hz) 中心波长中心波长 (nm) 红红 760622 660 橙橙 622597 610 黄黄 597577 570 绿绿 577492 540 青青 492470 480 兰兰 470455 460 紫紫 455400 430 可见光七彩颜色的波长和频率范围可见光七彩颜色的波长和频率范围14-1 光源光源 光的相干性光的相干性14-2 光程光程 光程差光程差14-4 薄膜干涉薄膜干涉14-5 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪第十四章第十四章 波动光学波动光学第一部分第一部分 光的干涉光的干涉14-3 杨氏干涉实验杨氏干涉实验第二部分第二部分 光的衍射光的衍射14-9 X射线的衍射射线的衍射 布拉格方程布拉格方程14-8 衍射光栅衍射光栅14-6 光的衍射现象光的衍射现象 惠惠更斯菲涅耳原理更斯菲涅耳原理14-7 单缝和圆孔的单缝和圆孔的夫琅和费衍射夫琅和费衍射第三部分第三部分 光的偏振光的偏振14-10 自然光和偏振光自然光和偏振光14-11 偏振片的起偏和检偏振片的起偏和检偏偏 马吕斯定律马吕斯定律14-12 反射和折射时光的反射和折射时光的偏振偏振14-13 双折射现象双折射现象14-1 光源光源 光波的相干性光波的相干性 一、一、 光源光源 (1) 热辐射热辐射 (2) 电致发光电致发光 (3) 光致发光光致发光 (4) 化学发光化学发光 自自发发辐辐射射(5) 同步辐射同步辐射 (6) 激光激光 受受激激辐辐射射发光机理发光机理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。原子发光机制原子发光机制原子发光机制原子发光机制 当原子吸收外界能量后，由低能级跃迁到高能级，但在高能级不稳定，又会从高能级跳回低能级。低能级低能级波列波列L = L = c c高能级高能级E E2 2E E1 12 2. .各原子发光是随机的，无固定相位差。各原子发光是随机的，无固定相位差。1 1. .原子每次发光的时间很短，只有原子每次发光的时间很短，只有1010- -8 8秒。对应秒。对应的波列的长度称为相干长度的波列的长度称为相干长度. . 注意注意 两两个个频频率率相相同同的的钠钠光光灯灯不不能能产产生生干干涉涉现现象象，即即使使是是同同一一个个单单色色光光源源的的两两部部分分发发出出的的光光，也也不不能产生干涉。能产生干涉。无干涉现象1.普通光源：普通光源：属于自发辐射属于自发辐射结论：结论：普通光源发光具有普通光源发光具有独立性、随机性、间歇性独立性、随机性、间歇性(1)一个分子一个分子(或原子或原子)在一段时间内发出一列光波在一段时间内发出一列光波,发光时发光时间持续约间持续约1081010s. (间歇性间歇性)(2)同一分子同一分子在不同时刻所发光的频率、振动方向不一定相在不同时刻所发光的频率、振动方向不一定相同。（同。（随机性、独立性随机性、独立性）非相干非相干(不同原子发的光不同原子发的光)非相干非相干(同一原子先后发的光同一原子先后发的光).(3)各分子各分子在同一时刻所发光的频率、振动方向、相位也在同一时刻所发光的频率、振动方向、相位也不一定相同不一定相同.(独立性、随机性独立性、随机性).2.激光光源：激光光源：受激辐射受激辐射 = (E2-E1)/hE1E2 (频率、相位、振动方向频率、相位、振动方向) 完完全一样全一样 激光光源能发出频率、相位、振动方向、传播方激光光源能发出频率、相位、振动方向、传播方向相同的光。向相同的光。二、二、 光的单色性光的单色性 单色光：具有同一波长（频率）的光单色光：具有同一波长（频率）的光（光学的理想化模型）（光学的理想化模型） 同同一一种种原原子子组组成成的的光光源源发发出出的的光光波频率也有一定的宽度波频率也有一定的宽度 0 oII0I0 /2 谱线宽度谱线宽度 越小，谱线的单色性越好越小，谱线的单色性越好复色光：复色光：各种频率复合的光称为各种频率复合的光称为复色光复色光 普通光源普通光源所发光为复色光所发光为复色光,单色光源单色光源发光为单色光发光为单色光. 激光为最好的单色光源激光为最好的单色光源.谱线宽度：谱线宽度：I0/2( I0是谱线最大强度是谱线最大强度)处处的谱线的波长范围的谱线的波长范围 (或频率范围或频率范围 )普通单色光普通单色光的谱线宽度的谱线宽度 ： 10-3 0.1 nm激光激光的谱线宽度的谱线宽度 ： 10-9 10-6 nm 越小越小，光的单色性就越好。光的单色性就越好。产生单色光的方法产生单色光的方法(1)利用色散利用色散;(2)利用滤波片利用滤波片;(3)利用单色光源利用单色光源;(4)激光激光三、光的相干性三、光的相干性1.干涉现象干涉现象 两列光波相遇时两列光波相遇时,出现稳定的明暗相间花样称为出现稳定的明暗相间花样称为光的干涉现象光的干涉现象.2. 相干光相干光满足相干条件：满足相干条件：(1)频率相同；频率相同；(2)振动方向相同；振动方向相同；(3)相位差恒定相位差恒定. 一般两独立普通光源发出的光不是相干光一般两独立普通光源发出的光不是相干光(激光激光除外除外),只有同一光源只有同一光源,同一发光区域同一发光区域,同一时刻发同一时刻发出的光出的光(即同一原子即同一原子,同一时刻同一时刻)才满足相干条件才满足相干条件.3. 普通光源获得相干光的途径普通光源获得相干光的途径相干光只能从一个原子一次发光中获得。相干光只能从一个原子一次发光中获得。(1)分波面法分波面法(2)分振幅法分振幅法四、四、 如何获得相干光如何获得相干光1. 分波阵面法分波阵面法 从从点点光光源源发发出出的的同同一一波波列列的的同同一一波波面面上上，取取出出两两个个次次波波源源，这这两两个个此此波波源源为为相相干干光光源。源。 分波阵面法分波阵面法*光源光源2. 分振幅法分振幅法 将将光光束束中中的的每每个个波波列列都都分分成成两两列列，二分波列为相干光。二分波列为相干光。振幅分割法振幅分割法薄膜薄膜 光的干涉部分主要讨论杨氏双缝干涉和薄膜干涉。光的干涉部分主要讨论杨氏双缝干涉和薄膜干涉。白光下的肥皂膜白光下的肥皂膜蝉翅在蝉翅在阳光下阳光下14-2 光程光程 光程差光程差14-2 光程光程 光程差光程差大学物理大学物理一一 光程光程 光程差光程差为什么要引入光程的概念？为什么要引入光程的概念？例子：相干光源例子：相干光源s1、s2初相相同，到达初相相同，到达p的距离相同，的距离相同，但经过的媒质不同，但经过的媒质不同，p点的干涉结果如何？点的干涉结果如何？ 结论：结论：p点的干涉结果取决点的干涉结果取决于两相干光在于两相干光在p点的相位差点的相位差.p点的相位差点的相位差 计算能否化简呢？计算能否化简呢？P*光光在真空在真空中走中走r 长的距离长的距离 相位改变了相位改变了 真空中波长真空中波长光光在媒质在媒质中走中走r 长的距离长的距离相位改变了相位改变了 因光通过媒质时因光通过媒质时频率频率不变不变媒质中波长媒质中波长媒质中的波长媒质中的波长媒质的折射率媒质的折射率光在媒质中走光在媒质中走r 长的路相位改变了长的路相位改变了 结论：结论：光在光在媒质媒质中走过中走过r的路程引起的相位变化，的路程引起的相位变化，等于光在等于光在真空真空中走中走nr路程引起的相位变化。路程引起的相位变化。 定义：光波在某一媒质中所经历的几何路程定义：光波在某一媒质中所经历的几何路程与这媒质的折射率的乘积为光程，用与这媒质的折射率的乘积为光程，用L表示，则：表示，则：1.光程光程 P点的相位差点的相位差 2.光程差光程差 P*相位差和光程差的关系相位差和光程差的关系 干涉干涉加强加强 干涉干涉减弱减弱 引入光程这个概念的目的就是把媒质引入光程这个概念的目的就是把媒质中的问题折算到真空中来处理，这样只需中的问题折算到真空中来处理，这样只需知道真空中的波长即可求得相位差知道真空中的波长即可求得相位差由光程差计算由光程差计算相位差相位差光程光程 多种介质多种介质 二、透镜不引起附加光程差FF 通通过过光光轴轴的的光光线线波波程程最最短短，但但在在透透镜镜中中的的光光程程长长；远远离离光光轴轴的的光光线线波波程程长长，但但在在透透镜镜中中的的光光程程短短，总总的的来讲，各条光线的光程都是相同的。来讲，各条光线的光程都是相同的。例例1 1 在相同时间内，一束波长为在相同时间内，一束波长为的单色光在空气中和的单色光在空气中和玻璃中传播的距离相同吗？走过的光程相同吗？玻璃中传播的距离相同吗？走过的光程相同吗？解：解：空气中传播的距离空气中传播的距离玻璃中传播的距离玻璃中传播的距离空气中传播的光程空气中传播的光程玻璃中传播的光程玻璃中传播的光程解：解：例例2 2 如图计算如图计算p点的光程差。点的光程差。pd1n1d2n2r1r2s1s214-3 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉14-3 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 大学物理大学物理杨杨(T.Young)在在1801年年首先首先发现光的干涉发现光的干涉现象，并首次测量了现象，并首次测量了光波的波长。光波的波长。采用分波面法获得相干光采用分波面法获得相干光一、杨氏双缝干涉实验一、杨氏双缝干涉实验一一 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验1. 实验装置实验装置 ( ( 点源点源 分波面分波面 相遇相遇) )明明条纹位置条纹位置明明条纹位置条纹位置明明条纹位置条纹位置2. 现象现象与缝平行、等宽、等间距、明暗相间、与缝平行、等宽、等间距、明暗相间、对称分布的干涉条纹对称分布的干涉条纹p2a1. 光程差光程差二、二、 双缝干涉基本规律双缝干涉基本规律 干涉减弱干涉减弱干涉加强干涉加强暗纹中心暗纹中心明纹中心明纹中心2.2.干涉条纹位置干涉条纹位置 每一条纹都对应着一定的光程差每一条纹都对应着一定的光程差( (相位差相位差) )，如第三，如第三级明纹对应的波程差为级明纹对应的波程差为3 3 。思考：思考：如如D、 不变，而不变，而2a减小，某级条纹的位置如何变化？减小，某级条纹的位置如何变化？3.3.干涉条纹形状及间距干涉条纹形状及间距形状：形状：明暗相间的直条纹明暗相间的直条纹( (平行于狭缝平行于狭缝) )间距：间距：条纹均匀分布条纹均匀分布相邻两条明纹或暗纹的距离：相邻两条明纹或暗纹的距离：级次：级次：中间条纹级次低中间条纹级次低, ,以以0 0级明纹为中心，两边对称。级明纹为中心，两边对称。0 0级亮纹级亮纹+1+1级级+2+2级级-1-1级级-2-2级级观察屏观察屏暗纹暗纹 x x0级明纹为白色，级明纹为白色， 其余明纹为彩色条纹其余明纹为彩色条纹 。4.4.白光入射白光入射k级彩色亮纹所在的位置坐标级彩色亮纹所在的位置坐标红红紫紫白白紫紫紫紫紫紫红红红红红红k =1k = -1k = -2k =0k =25. 强度分布强度分布亮纹亮纹暗纹暗纹（光强极大位置）（光强极大位置） （光强极小（光强极小位置）位置）两光线光程差两光线光程差(1) 屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为一系列等间距的一系列等间距的明暗相间条纹明暗相间条纹(4) 当用白光作为光源时，在零级白色中央条纹两边对称地当用白光作为光源时，在零级白色中央条纹两边对称地排列着几条彩色条纹排列着几条彩色条纹 Ik012- -1- -24I0x0x1x2x- -2x- -1光强分布光强分布讨论讨论(2) 已知已知 2a, D 及及x,可测可测 (3) x 正比正比 , D ; 反比反比 a第第k级光谱的宽度级光谱的宽度谱线重叠满足的条件为谱线重叠满足的条件为6 6 条纹的重叠条纹的重叠 当波长当波长 1的第的第k1级谱线与波长级谱线与波长 2的第的第k2级级谱线重叠谱线重叠时，时，它们有相同的光程差。它们有相同的光程差。k越大，光谱越宽，级数较高的谱线会发生越大，光谱越宽，级数较高的谱线会发生重叠重叠。复色光的波长范围复色光的波长范围例例1 1 在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光光在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光光源，它的波长范围为源，它的波长范围为 = 100 nm，平均波长为，平均波长为 = 490 nm. . 试估算从第几级开始，条纹将变得无法分辨。试估算从第几级开始，条纹将变得无法分辨。 k=4,从第五级开始无法分辨从第五级开始无法分辨. .解解波长范围波长范围平均波长平均波长条纹开始重叠时有条纹开始重叠时有可以清晰分辨的最大级次可以清晰分辨的最大级次与该干涉级次与该干涉级次k对应的光程差，就是实现相干的最大光程对应的光程差，就是实现相干的最大光程差，即差，即 只有在只有在 的条件下，才能观察到干涉条的条件下，才能观察到干涉条纹纹 称为称为相干长度相干长度。每每个个原原子子发发光光持持续续的的时时间间 t101010-8s ，每每一一列列光光的长度的长度l=c t 。相干长度：相干长度： 两列相干光能产生干涉所允许的最大光程差即两列相干光能产生干涉所允许的最大光程差即在真空中光波列的长度在真空中光波列的长度l=c t相相干干时时间间：两两列列波波到到达达干干涉涉点点所所允允许许的的最最大大时时间间差差（即即发发光时间）。光时间）。三、相干长度和相干时间三、相干长度和相干时间如图：两列长度有限的相干波传递到媒质中一点，应满足什如图：两列长度有限的相干波传递到媒质中一点，应满足什么条件才肯定会干涉？么条件才肯定会干涉？不相遇不相遇光程差不能太大，把能够产生干涉现象的光程差不能太大，把能够产生干涉现象的最大光程差称为最大光程差称为相干长度相干长度。显然，相。显然，相干长度等于一个波列的长度。干长度等于一个波列的长度。P1.菲涅耳双面镜菲涅耳双面镜四、分波阵面干涉的其他实验四、分波阵面干涉的其他实验2.2.劳埃德镜劳埃德镜 半波损失半波损失 ：光从光速较大（光疏介质）的介质射：光从光速较大（光疏介质）的介质射向光速较小（光密介质）的介质时反射光的相位较之向光速较小（光密介质）的介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变了入射光的相位跃变了 , ,相当于反射光与入射光之间附相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失加了半个波长的波程差，称为半波损失. .PML 一定时，若一定时，若 变化，则变化，则 将怎样变化？将怎样变化？例例2 例例3 3 单单色色光光照照射射到到相相距距为为0.2mm的的双双缝缝上上，双双缝缝与屏幕的垂直距离为与屏幕的垂直距离为1m。求求（1 1）从从第第一一条条明明纹纹到到同同侧侧旁旁第第四四明明纹纹间间的的距距离离为为7.5mm，求单色光的波长；，求单色光的波长；解解（1 1）根据双缝干涉明纹分布条件：）根据双缝干涉明纹分布条件：明纹间距：明纹间距：得：得：将将 2a=0.2mm，x1，4 =7.5mm，D =1000mm 代入上式代入上式当当 =600nm时，由相邻明纹间距公式时，由相邻明纹间距公式 （2）若入射光的波长为）若入射光的波长为600nm，求相邻两明纹的，求相邻两明纹的距离。距离。例例4 4 双缝一缝前若放一云母片，原中央明纹处被第双缝一缝前若放一云母片，原中央明纹处被第7 7级明级明纹占据。已知纹占据。已知求：云母片厚度求：云母片厚度lr2r1解：解：盖上云母片条纹为何移动？盖上云母片条纹为何移动？光程差改变光程差改变0 0级明纹的位置？级明纹的位置？上面上面从从S1和和S2发出的相干光所对应的光程差发出的相干光所对应的光程差 零级条纹对应的光程差为零，零级条纹对应的光程差为零，其位置应满足其位置应满足 所以零级条纹上移所以零级条纹上移 移动一级条纹，光程差改变多少？移动一级条纹，光程差改变多少？光程差改变量光程差改变量r2r1【内容回顾内容回顾】光光的的干干涉涉获得相干光的途径获得相干光的途径分波振面法分波振面法分振幅法分振幅法杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉薄膜干涉薄膜干涉亮纹亮纹暗纹暗纹亮纹亮纹暗纹暗纹？14-4 薄薄 膜膜 干干 涉涉大学物理课程大学物理课程2024/8/352 薄膜干涉薄膜干涉 生活实例生活实例2024/8/353 薄膜干涉薄膜干涉昆虫的彩色翅膀蜂鸟颈部光环2024/8/354主要主要内容内容薄膜干涉光程差薄膜干涉光程差半波损失半波损失干涉图样干涉图样几种特殊情况几种特殊情况2024/8/355DE5B21. 1. 光程差光程差 光程差由两部分组成：一部分是由于走过光程差由两部分组成：一部分是由于走过不同不同的媒质的媒质与与几何路径几何路径而引起，另一部分是由而引起，另一部分是由半波损失半波损失而引起。而引起。LPC34A1FD 薄膜干涉薄膜干涉2024/8/356PLDC34E5A1B2FA A A1AF5F1设设两束反射光的光程差两束反射光的光程差两束透射光的光程差两束透射光的光程差 薄膜干涉薄膜干涉2024/8/357PLDC34E5A1B2FA A A1AF5F1折射定律折射定律 薄膜干涉薄膜干涉2024/8/3582.2.半波损失半波损失（1 1）如两个表面反射）如两个表面反射都有都有半波损失半波损失， 在光程差中在光程差中不加不加/2/2（2 2）如两个表面反射）如两个表面反射都没有都没有半波损失半波损失， 在光程差中在光程差中不加不加/2/2（3 3）如）如仅有仅有一个一个表面反射表面反射有有半波损失半波损失， 在光程差中在光程差中加加/2/2 薄膜干涉薄膜干涉2024/8/359 薄膜干涉薄膜干涉3. 3. 干涉图样干涉图样注意：注意：透射光和反射光干涉具有互补性透射光和反射光干涉具有互补性 ，符合能量，符合能量守恒定律守恒定律. .2024/8/360 两束相干光的两束相干光的光程差决定于光程差决定于 反反射光的光程差射光的光程差一般情况下薄膜干涉的分析比较复杂，通常只研一般情况下薄膜干涉的分析比较复杂，通常只研究究3 3个极端情形个极端情形膜的厚度膜的厚度e 入射角入射角i 4.4.几种特殊情况几种特殊情况2024/8/361（1 1）光垂直入射到均匀厚度的膜上光垂直入射到均匀厚度的膜上入射角入射角i=0反射光的光程差反射光的光程差加强加强减弱减弱满足加强条件则反射光干涉加强满足加强条件则反射光干涉加强满足减弱条件则反射光干涉减弱满足减弱条件则反射光干涉减弱膜表面膜表面亮度均匀亮度均匀，不出现明暗相间的条纹。，不出现明暗相间的条纹。2024/8/362 例例1 1 一油轮漏出的油一油轮漏出的油( (折射率折射率 =1.2)污染了某海污染了某海域域, ,在海水在海水( ( =1.3)表面形成一层薄薄的油污表面形成一层薄薄的油污. . (1)(1)如果太阳正位于海域上空如果太阳正位于海域上空, ,一直升飞机的驾一直升飞机的驾驶员从机上向下观察驶员从机上向下观察, ,他所正对的油层厚度为他所正对的油层厚度为460nm,则他将观察到油层呈什么颜色则他将观察到油层呈什么颜色? ?解解 (1)绿色绿色 油膜油膜海海 水水2024/8/363 (2)(2)如果一潜水员潜入该区域水下如果一潜水员潜入该区域水下, ,又将看到油又将看到油层呈什么颜色层呈什么颜色? ?解：透射光的光程差解：透射光的光程差红光红光紫光紫光紫紫红红色色 当当 时，透射光干涉极大时，透射光干涉极大2024/8/364玻璃玻璃MgFMgF2 2例例2 2 增透膜增透膜 一些光学元件需要减少反射，增加透射，通常一些光学元件需要减少反射，增加透射，通常在玻璃的表面镀一层折射率比较小的氟化镁，使反在玻璃的表面镀一层折射率比较小的氟化镁，使反射光干涉相消。射光干涉相消。反射光的光程差反射光的光程差 为使波长为使波长的的单色光单色光完完全透过全透过薄膜，则要求反射光薄膜，则要求反射光干涉相消干涉相消膜的最小厚度为膜的最小厚度为2024/8/365照相机镜头表面镀有增透膜照相机镜头表面镀有增透膜2024/8/366 例例如如 在玻璃表面镀上一层在玻璃表面镀上一层MgF2薄膜，使波长为薄膜，使波长为 =550 nm的绿光全部通过。求：膜的厚度。的绿光全部通过。求：膜的厚度。解：解：使反射绿光干涉相消，由反射光干涉相消条件使反射绿光干涉相消，由反射光干涉相消条件取取k = 0MgF2玻璃玻璃n2= 1.38n1 =1.50n0 = 1 = 99.6(nm)2024/8/367ZnSMgF2ZnSMgF2 在玻璃上交替镀上多层介质膜，增强反射光，称在玻璃上交替镀上多层介质膜，增强反射光，称为为高反射膜高反射膜。例例3 3 高反膜高反膜激光谐振腔中的反射镜激光谐振腔中的反射镜要求对波长要求对波长632.8nm的的单色光有单色光有99%以上的以上的反射率。在玻璃表面交替镀上反射率。在玻璃表面交替镀上ZnS和和MgF22024/8/368（2 2）只有入射角）只有入射角i变化的情况变化的情况等倾干涉等倾干涉 当薄膜的厚度均匀时，光程差只取决于入射光当薄膜的厚度均匀时，光程差只取决于入射光的角度，的角度，相同倾角相同倾角的光线的光线光程差相同。光程差相同。等倾干涉条纹等倾干涉条纹2024/8/369薄膜薄膜反射板反射板透镜透镜屏幕屏幕2024/8/370我们研究等厚干涉条纹我们研究等厚干涉条纹, ,在本节讨论两个重要的等在本节讨论两个重要的等厚干涉：劈尖的干涉和牛顿环。厚干涉：劈尖的干涉和牛顿环。 当入射角固定时，对于当入射角固定时，对于波长一定波长一定的入射光，光的入射光，光程差只取决于薄膜的厚度，相同程差只取决于薄膜的厚度，相同厚度厚度的地方对应的地方对应相同的相同的光程差光程差，出现同一级，出现同一级条纹条纹。（3）只有厚度只有厚度e变化的情况变化的情况等厚干涉等厚干涉2024/8/371大学物理大学物理14-4 劈尖干涉劈尖干涉2024/8/372 光波经薄膜上下两表面反射后相互叠加所形光波经薄膜上下两表面反射后相互叠加所形成的干涉现象，称为成的干涉现象，称为薄膜干涉薄膜干涉。回顾：薄膜干涉回顾：薄膜干涉n1nn1ibaabABC 当入射角保持不变时当入射角保持不变时,光程差仅与膜的厚度有关光程差仅与膜的厚度有关,厚度相同厚度相同的地方光程差相同的地方光程差相同,从而对应同一条干涉条纹。从而对应同一条干涉条纹。光程差光程差2024/8/373一、劈尖膜一、劈尖膜有两个表面很平的介质片（如玻璃片），一有两个表面很平的介质片（如玻璃片），一端相交，其间的夹角端相交，其间的夹角很小，形成一个劈尖形的很小，形成一个劈尖形的透明薄膜，称为透明薄膜，称为劈尖膜劈尖膜。棱边棱边2024/8/374二、实验装置二、实验装置SM 单色平行光垂直照单色平行光垂直照射劈尖膜表面，在膜表射劈尖膜表面，在膜表面附近出现明暗相间的面附近出现明暗相间的条纹。条纹。2024/8/375 在入射点膜厚为在入射点膜厚为e，该点的两束反射光引起，该点的两束反射光引起的光程差的光程差光程差光程差n1nn12024/8/376一系列明暗相间的、平行于棱边的平直条纹。一系列明暗相间的、平行于棱边的平直条纹。第零级暗纹第零级暗纹三、条纹特征三、条纹特征1. 明、暗条纹处的膜厚明、暗条纹处的膜厚2024/8/3772.2.相邻明纹相邻明纹( (或暗纹或暗纹) )对应的薄膜厚度之差对应的薄膜厚度之差 e = ek+1-ek = (2k+1) /4n - (2k-1) /4n = /2n 相邻明纹（或暗纹）对应的薄膜厚度之差相同。相邻明纹（或暗纹）对应的薄膜厚度之差相同。LL e 3.两相邻明纹两相邻明纹(或暗纹或暗纹)的间距的间距L= e/sin e/ = /2n 结论结论a：条纹等间距分布条纹等间距分布 e明纹明纹暗纹暗纹2024/8/378结论结论b：（转动）转动） 夹夹角角 越越小小，条条纹纹越越疏疏；反反之之则则密密。如如 过过大大，条条纹纹将将密密集集到到难难以以分分辨。辨。L= /2n 4.干涉条纹的移动干涉条纹的移动结论结论c：（平移）平移）相同的膜厚对应同一条条纹。相同的膜厚对应同一条条纹。2024/8/379 检验工件表面加工质量检验工件表面加工质量四、劈尖干涉的应用四、劈尖干涉的应用依据：劈尖干涉的特征依据：劈尖干涉的特征2024/8/380空气空气 测量微小长度、角度测量微小长度、角度四、劈尖干涉的应用四、劈尖干涉的应用2024/8/381 测量样品膨胀系测量样品膨胀系数数 测量膜厚度测量膜厚度四、劈尖干涉的应用四、劈尖干涉的应用2024/8/382 例例4 4 有一玻璃劈尖有一玻璃劈尖, , 放在空气中放在空气中, , 劈尖夹角劈尖夹角 , ,用波长用波长 的单色光垂直的单色光垂直入射时入射时, ,测得干涉条纹的宽度测得干涉条纹的宽度 , ,求这玻求这玻璃的折射率璃的折射率. . 解解2024/8/383 例例5 5 用波长为用波长为 600nm的光垂直照射由两块平玻的光垂直照射由两块平玻璃板构成的空气劈尖膜，劈尖角璃板构成的空气劈尖膜，劈尖角210-4rad，改变，改变劈尖的倾角，测得相邻明条纹间距缩小了劈尖的倾角，测得相邻明条纹间距缩小了1.00mm，求劈尖角的改变量求劈尖角的改变量解解: :原相邻明纹间距原相邻明纹间距 改变后的条纹改变后的条纹间距间距 改变后的劈尖角改变后的劈尖角 劈尖角的改变量劈尖角的改变量2024/8/384【内容回顾内容回顾】薄薄膜膜干干涉涉等厚干涉等厚干涉亮纹亮纹暗纹暗纹劈尖干涉劈尖干涉亮纹亮纹暗纹暗纹牛顿环牛顿环图样：与楞平行等间距明暗相间条纹，楞边是暗纹。图样：与楞平行等间距明暗相间条纹，楞边是暗纹。2024/8/3852.2.牛顿环牛顿环 牛顿环由一块平板玻璃和一平牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成，中间形成空气薄膜。凸透镜组成，中间形成空气薄膜。显微镜显微镜SLre2) 相干光的获得相干光的获得1) 实验装置及光路图实验装置及光路图2024/8/3863)3)光程差光程差4) 4) 条纹特点条纹特点Rre条纹半径条纹半径明纹明纹:暗纹暗纹:暗纹暗纹明纹明纹 牛牛顿顿环环的的干干涉涉图图样样是是以以接接触触点点为为中心的一组明暗相间的同心圆环。中心的一组明暗相间的同心圆环。2024/8/387讨论讨论(1) 中心点处是一暗点。中心点处是一暗点。(2) 相邻两明纹或暗纹对应的厚度差相邻两明纹或暗纹对应的厚度差(3) 条纹间距条纹间距牛顿环条纹是内疏外密的同心园环。牛顿环条纹是内疏外密的同心园环。(4) 透透射射光光干干涉涉，在在下下表表面面附附近近产产生生干干涉涉条条纹纹，但但条条纹纹的明暗与反射光干涉结果相反，中心为一亮点。的明暗与反射光干涉结果相反，中心为一亮点。(5) 若将空气换成水若将空气换成水条纹变密。条纹变密。 Rre2024/8/388讨论讨论(6) 若透镜上移，则明暗环向中心收缩；若透镜上移，则明暗环向中心收缩； 若透镜下移，则明暗环向外扩张。若透镜下移，则明暗环向外扩张。 中心明暗交替变化。中心明暗交替变化。(7) 比较劈尖和牛顿环比较劈尖和牛顿环相同点：相同点：垂直入射的等厚干涉条纹垂直入射的等厚干涉条纹二相邻条纹对应的厚度差二相邻条纹对应的厚度差条纹间距条纹间距不同点：不同点：劈尖劈尖: 直线直线牛顿环牛顿环: 园环园环等间距等间距内疏外密内疏外密2024/8/389测量透镜的曲率半径测量透镜的曲率半径4) 4) 牛顿环的应用牛顿环的应用测量未知入射单色光波长测量未知入射单色光波长用读数显微镜测量第用读数显微镜测量第 k级和第级和第k+ m 级暗环半径级暗环半径 rk、rm2024/8/390检测光学镜头表面曲率是否合格检测光学镜头表面曲率是否合格 将玻璃验规盖于将玻璃验规盖于待测镜头上，两者间待测镜头上，两者间形成空气薄层，因而形成空气薄层，因而在验规的凹表面上出在验规的凹表面上出现牛顿环，当某处光现牛顿环，当某处光圈偏离圆形时，则该圈偏离圆形时，则该处有不规则起伏。处有不规则起伏。验规验规2024/8/391例例6 6 用氦氖激光器发出的波长为用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光做牛的单色光做牛顿环实验，测得第个顿环实验，测得第个 k 暗环的半径为暗环的半径为5.63mm , , 第第 k+5 暗环的半径为暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径，求平凸透镜的曲率半径R.解解2024/8/392试定性画出牛顿环的花纹试定性画出牛顿环的花纹例例 1.31.41.61.51.5解析：解析：左半边有半波损失左半边有半波损失右半边没有半波损失右半边没有半波损失左右两边花样明暗互补。左右两边花样明暗互补。左边：左边：d0处处 暗纹暗纹右边：右边：d0处处 明纹明纹2024/8/39314-6 光的衍射现象光的衍射现象 惠更斯惠更斯- -菲涅耳原理菲涅耳原理大学物理课程大学物理课程2024/8/3942024/8/395所谓的佛光所谓的佛光2024/8/396主要主要内容内容光的衍射现象光的衍射现象衍射现象的分类衍射现象的分类惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理2024/8/397一一. . 光的衍射现象光的衍射现象1. 1. 现象现象衍射屏衍射屏观察屏观察屏2. 2. 衍射衍射光在传播过程中绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象光在传播过程中绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象衍射现象是否明显取决于障碍物线度与波长的对比，衍射现象是否明显取决于障碍物线度与波长的对比，波长越大，障碍物越小，衍射越明显。波长越大，障碍物越小，衍射越明显。说明说明光源光源衍射屏衍射屏观察屏观察屏 在光的衍射部分以在光的衍射部分以夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射和和衍射光栅衍射光栅为重点。为重点。2024/8/398正正三三角角形形孔孔正正方方形形孔孔正正六六边边形形孔孔单单 缝缝2024/8/399圆盘衍射圆盘衍射手指缝的衍射手指缝的衍射2024/8/3100二、衍射现象分类二、衍射现象分类1.菲涅耳衍射菲涅耳衍射菲涅耳衍射：菲涅耳衍射：光源和观察屏离衍射屏的距离有限远。光源和观察屏离衍射屏的距离有限远。菲涅耳衍射图形随屏到孔菲涅耳衍射图形随屏到孔( (缝缝) )的距离而变，较复杂。的距离而变，较复杂。衍射屏衍射屏观察屏观察屏近场衍射近场衍射2024/8/31012.夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射 夫琅禾费衍射：夫琅禾费衍射：光源和观察屏都离衍射屏无光源和观察屏都离衍射屏无限远。实验中可以下图实现。限远。实验中可以下图实现。 以下仅讨论夫琅禾费衍射。以下仅讨论夫琅禾费衍射。远场衍射远场衍射2024/8/3102*本章讨论本章讨论圆孔衍射和单缝衍射圆孔衍射和单缝衍射圆孔衍射圆孔衍射单缝衍射单缝衍射2024/8/3103三三. 惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理 同一波前上的各点发出的都是相干次波。同一波前上的各点发出的都是相干次波。2. 惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理 各次波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。各次波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。1. 惠更斯原理惠更斯原理 波所到达的各点都可看作是一个新的波源，从这些波源又波所到达的各点都可看作是一个新的波源，从这些波源又发出子波来，而下一时刻的波前就是这些子波的公切面。发出子波来，而下一时刻的波前就是这些子波的公切面。（引入子波概念）（引入子波概念）菲涅尔补充：菲涅尔补充：各子波在空间某点的相干叠加，就决定了各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。该点波的强度。2024/8/3104说明说明(1) (1) 惠更斯惠更斯菲涅耳原理在惠更斯原理的基础上给出了次波菲涅耳原理在惠更斯原理的基础上给出了次波源在传播过程中的振幅变化及位相关系。源在传播过程中的振幅变化及位相关系。(2) (2) 根据根据惠更斯惠更斯菲涅耳原理可确定波的传播方向，菲涅耳原理可确定波的传播方向，还可定量计算波所到达的各点的光强分布。还可定量计算波所到达的各点的光强分布。 光的干涉是光的干涉是有限有限的几列的几列光波光波的叠加，而衍射是的叠加，而衍射是无数无数多个多个子波子波的叠加。的叠加。 在实际现象中，一般既有干涉的问题，又有衍射的问题。在实际现象中，一般既有干涉的问题，又有衍射的问题。2024/8/3105 pdE(p)rQdSS(波前波前)设初相为零设初相为零nds波面在波面在p点引起的光振动点引起的光振动K( ( ) )：倾斜因子倾斜因子 = 0， K=Kmax K( ) 90o，K = 0它说明子波不会向后退它说明子波不会向后退所所以以惠惠更更斯斯-菲菲涅涅耳耳原原理理解解释释了了为为什什么么波波不不后后传传的的问问题题，这这是是惠惠更更斯斯原原理无法解释的理无法解释的C为比例常数为比例常数2024/8/3106 p点的合振动点的合振动 p点的光强点的光强 1882年以后，年以后，基尔霍夫基尔霍夫解电磁波动方程，也得解电磁波动方程，也得到了到了E(p)的表示式，这使得惠更斯的表示式，这使得惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理有了波动理论的根据。有了波动理论的根据。菲涅耳衍射积分公式菲涅耳衍射积分公式2024/8/310714-7 单缝夫琅禾费衍射单缝夫琅禾费衍射大学物理课程大学物理课程2024/8/31081.衍射装置及花样衍射装置及花样*单缝单缝 L2衍射屏衍射屏L12024/8/3109由由惠更斯惠更斯菲涅耳原理：菲涅耳原理： 单缝处波面看作无穷多个相干波源，单缝处波面看作无穷多个相干波源，屏上一点是屏上一点是 (无穷无穷)多光束干涉多光束干涉的结果。的结果。衍射角衍射角2024/8/3110A.J.菲涅耳菲涅耳1823年当选为法国科学院院士，1825年被选为英国皇家学会会员,物理光学的缔造者2. 菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法2024/8/3111衍射角衍射角opAB将衍射光束分成一组一组的平行光，每组平行光的衍射角相同将衍射光束分成一组一组的平行光，每组平行光的衍射角相同因为平行光经过透镜会聚后不会产生附加光程差，两边缘光线因为平行光经过透镜会聚后不会产生附加光程差，两边缘光线之间的光程差为之间的光程差为衍射角不同，衍射角不同，最大光程差不最大光程差不同，同，P点位置不点位置不同，光强不同同，光强不同屏上的光强分布取屏上的光强分布取决于最大光程差决于最大光程差2. 菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法2024/8/3112AB衍射角衍射角=asin 用半波用半波带来分析衍射图样的方法叫带来分析衍射图样的方法叫半波带法半波带法。|2|2Ca半波半波带带半波半波带带并使相邻两纵长条带上并使相邻两纵长条带上对应两点所发出的光在对应两点所发出的光在P点的光程差为点的光程差为 ，这样的纵长条带称为这样的纵长条带称为半波带半波带。将波阵面将波阵面AB分成等宽的平分成等宽的平行于狭缝的纵长条带，行于狭缝的纵长条带，a2. 菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法2024/8/3113B衍射角衍射角A|2|2a当当asin = 时，可将缝分为两个半波带时，可将缝分为两个半波带半波带半波带半波带半波带 相邻半波带的相对应点光程差均是相邻半波带的相对应点光程差均是 /2, 两个两个“半波带半波带”发的光在发的光在 P处干涉相消形成暗纹。处干涉相消形成暗纹。2024/8/3114半波带半波带半波带半波带半波带半波带当当asin =3 / 2时，可将缝分为时，可将缝分为3个半波带个半波带 相邻半波带的相对应点光程差均是相邻半波带的相对应点光程差均是 /2,两个两个“半波带半波带”发的光在发的光在 P处干涉相消形成暗纹。第处干涉相消形成暗纹。第3个个“半波带半波带”发的光在发的光在 P形成明纹。形成明纹。B衍射角衍射角A|2|2a|22024/8/3115一般情况下，可将缝分为一般情况下，可将缝分为m个半波带，当个半波带，当m为偶数为偶数时，时，p点为暗纹，当点为暗纹，当m为奇数时，为奇数时，p点为明纹。点为明纹。), 3 , 2, 1(=k3.明暗纹条件明暗纹条件第第k级暗纹中心级暗纹中心第第k级明纹中心级明纹中心（介于（介于明明暗暗之间）之间） 个半波带个半波带 个半波带个半波带中央明纹中心中央明纹中心2024/8/31164、条纹分析、条纹分析1) 明暗纹位置明暗纹位置2) 条纹宽度条纹宽度中央明纹宽度：中央明纹宽度：中央明纹两侧第中央明纹两侧第 一级暗纹的间距一级暗纹的间距任一明纹宽度：任一明纹宽度：相邻两暗纹的间距相邻两暗纹的间距 中央明纹宽度是其它明纹宽度的中央明纹宽度是其它明纹宽度的2倍。倍。2024/8/3117a一定，一定， 越大，越大， 1越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显.光直线传播光直线传播a增增大大， 1减减小小 一定一定衍射最大衍射最大2)缝宽变化对条纹的影响缝宽变化对条纹的影响1)波长变化对条纹的影响波长变化对条纹的影响第一暗纹的衍射角第一暗纹的衍射角a减减小小， 1增增大大讨讨 论：论：2024/8/3118单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？思考：思考：2024/8/3119单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？思考：思考：2024/8/3120 入射波长变化，衍射效应如何变化入射波长变化，衍射效应如何变化 ?2024/8/3121白光入射白光入射2024/8/3122二、用振幅矢量推导光强公式二、用振幅矢量推导光强公式 每个窄带发的每个窄带发的子波子波在在P点振点振幅近似相等，设为幅近似相等，设为 A1，相邻，相邻窄带所发子波在窄带所发子波在P点引起的振点引起的振动的动的 光程差光程差 = (asin ）/N 相位差相位差 将缝将缝AB的面积的面积S等分成等分成N(很大很大)个等宽的窄带个等宽的窄带,每个窄带宽度每个窄带宽度a/N。1.振幅矢量法振幅矢量法2024/8/3123 屏上屏上P点的合振幅点的合振幅 AP就是各子波的振幅矢量和的就是各子波的振幅矢量和的模，这是多个同方向、同频率，同振幅、初相依模，这是多个同方向、同频率，同振幅、初相依次差一个恒量的简谐振动的合成。次差一个恒量的简谐振动的合成。对于屏中心对于屏中心o点点 衍射角为零，各子波的相位相同衍射角为零，各子波的相位相同o点的合振动振幅点的合振动振幅 A0 = N A1中央明纹的光强中央明纹的光强2024/8/3124对于对于屏上其它点屏上其它点P，由由于屏上位置不同，对应的衍于屏上位置不同，对应的衍射角就不同，射角就不同，的大小也的大小也不同不同 可以求出可以求出过程略过程略p点的光强点的光强令令2024/8/31252.衍射条纹的特点衍射条纹的特点）中央明纹）中央明纹位置：位置：在在 = 0处处光强：光强：中央明纹中心的光强最大中央明纹中心的光强最大 I = I02）暗纹）暗纹 位置：位置：在在u0，sinu = 0处处条件条件: sin ( /a)， 2( /a)， 3( /a)， 在在sin 坐标上坐标上暗纹是等间距的。暗纹是等间距的。 2024/8/31263）其他明纹）其他明纹 位置：位置：由由 求得求得得得 tgu = u，由作图法可得次极大位置，由作图法可得次极大位置yy1 = tgu-2.46uo 2 - -2 y2 = u+2.46-1.43+1.43相应相应2024/8/3127单缝衍射的（相对）光强曲线单缝衍射的（相对）光强曲线2024/8/3128例例1 在单缝衍射中，在单缝衍射中， =600nm, a=0.60mm, f=60cm, 则（则（1）中央明纹宽度为多少？（）中央明纹宽度为多少？（2）两）两个第三级暗纹之间的距离？个第三级暗纹之间的距离？解解 中央明纹的宽度中央明纹的宽度第三级暗纹在屏上的位置第三级暗纹在屏上的位置两个第三级暗纹之间的距离两个第三级暗纹之间的距离2024/8/3129例例2 在单缝衍射中，在单缝衍射中，若使单缝和透镜分别若使单缝和透镜分别稍向上移，则衍射条纹将如何变化？稍向上移，则衍射条纹将如何变化？解：解：单缝上移单缝上移衍射光束向上平移衍射光束向上平移经透镜聚焦后，经透镜聚焦后，位置不变位置不变条纹不变条纹不变透镜上移透镜上移衍射光束经透镜聚焦后，位置随之衍射光束经透镜聚焦后，位置随之上移上移条纹向上平移条纹向上平移2024/8/3130例例例例3 3 在在单单缝缝夫夫琅琅和和费费衍衍射射实实验验中中，缝缝宽宽a=10 ，缝缝后后透透镜镜焦焦距距 f =40cm , 试试求求第第一一级级明明纹纹的的角角宽宽度度，线线宽度以及中央明纹的线宽度。宽度以及中央明纹的线宽度。解：解：由暗纹公式由暗纹公式 ，当，当k =1，2时有时有 所以第一级暗纹衍射角所以第一级暗纹衍射角 第二级暗纹衍射角第二级暗纹衍射角 2024/8/3131第一级明纹线宽度第一级明纹线宽度中央明纹的线宽度中央明纹的线宽度所以第一级明纹角宽度所以第一级明纹角宽度 2024/8/3132例例4 单缝衍射中，单缝衍射中，a=0.1mm，入射波长，入射波长=500nm，透，透镜焦距镜焦距f=10cm，在屏上，在屏上x=1.75mm的的p点为明条纹点为明条纹求：（求：（1） 点条纹级数点条纹级数解：解：单缝衍射明纹的条件单缝衍射明纹的条件第第3级明纹级明纹明纹在屏上的位置明纹在屏上的位置2024/8/3133（3）将缝宽增加）将缝宽增加1倍，倍， 点将变为什么条纹？点将变为什么条纹？第第7级暗纹级暗纹（2）对应于）对应于 点缝可分成多少个半波带？点缝可分成多少个半波带？7个半波带个半波带2024/8/3134三、圆孔夫琅禾费衍射三、圆孔夫琅禾费衍射 光通过眼睛的瞳孔、望远镜、显微镜、照相机光通过眼睛的瞳孔、望远镜、显微镜、照相机所成的像都是光波通过圆孔的衍射图样。所成的像都是光波通过圆孔的衍射图样。平行光垂直通过圆孔时，在透镜的焦平面上形成明、平行光垂直通过圆孔时，在透镜的焦平面上形成明、暗交替的环形衍射图样，中心的圆斑称爱里斑。暗交替的环形衍射图样，中心的圆斑称爱里斑。爱爱里里斑斑1.圆孔夫琅禾费衍射圆孔夫琅禾费衍射 2024/8/3135圆孔夫琅禾费衍射条纹照片圆孔夫琅禾费衍射条纹照片2024/8/3136：爱里斑直径：爱里斑直径爱里斑的光强度占整个入射光束总光强的爱里斑的光强度占整个入射光束总光强的84%。 理论计算表明，爱里斑对透镜中心的张角理论计算表明，爱里斑对透镜中心的张角2 1与与圆孔直径、入射波长的关系圆孔直径、入射波长的关系爱里斑的大小称为半角宽度，用爱里斑的大小称为半角宽度，用 1表示。表示。 2024/8/31372、光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率几何光学几何光学 物点物点波动光学波动光学物点物点像点像点一一对应一一对应像斑像斑一一对应一一对应可分辨可分辨刚可分辨刚可分辨不可分辨不可分辨2024/8/3138 当两个物点刚好被分辨时，它们对透镜中心的张当两个物点刚好被分辨时，它们对透镜中心的张角称角称最小分辨角最小分辨角或角分辨率。或角分辨率。 *最小分辨角最小分辨角光学仪器分辨率光学仪器分辨率2024/8/3139 例例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而而在可见光中，人眼最敏感的波长为在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问问（1）人眼的最小分辨角有多大？人眼的最小分辨角有多大？ （2）神舟五号轨道最高点约神舟五号轨道最高点约300km，则两物点间距，则两物点间距为多大时才能被分辨？为多大时才能被分辨？解（解（1 1）（2 2）2024/8/3140 1990 年发射的年发射的哈勃哈勃太空望远镜的凹面物太空望远镜的凹面物镜的直径为镜的直径为2.4m ，最最小分辨小分辨 ，在，在大气层外大气层外 615km 高空高空绕地运行绕地运行 ,可观察可观察130亿光年远的太空深处亿光年远的太空深处, 发现了发现了500 亿个星系亿个星系 . 不可选择，可增大不可选择，可增大D提高分辨率。提高分辨率。望远镜：望远镜：2024/8/3141衍射与干涉衍射与干涉，在物理本质上并无区别。仅由于处，在物理本质上并无区别。仅由于处理相干光波叠加的方法不同，才分为干涉和衍射。理相干光波叠加的方法不同，才分为干涉和衍射。通常通常把把有限数目的分立相干光源有限数目的分立相干光源的光波叠加称为干涉的光波叠加称为干涉。叠加后发生能量在空间的重新分布，此时的能量（强度）分叠加后发生能量在空间的重新分布，此时的能量（强度）分布图样叫做干涉图样。即把从不同狭缝射出的相干波的叠加，布图样叫做干涉图样。即把从不同狭缝射出的相干波的叠加，称为称为干涉干涉。把把连续分布的相干光源连续分布的相干光源的光波叠加称为衍射的光波叠加称为衍射。叠加后。叠加后发生能量在空间的重新分布，此时的能量（强度）分布图发生能量在空间的重新分布，此时的能量（强度）分布图样叫做衍射图样。即把从同一个狭缝射出的相干波的叠加，样叫做衍射图样。即把从同一个狭缝射出的相干波的叠加，称为称为衍射衍射。2024/8/314214-8 衍射光栅衍射光栅大学物理课程大学物理课程2024/8/3143光栅光栅反射光栅反射光栅透射光栅透射光栅透光宽度透光宽度不透光宽度不透光宽度一、光栅常数一、光栅常数光栅宽度为光栅宽度为 l ，每毫米缝数每毫米缝数为为 m ，则总缝数则总缝数 大量等宽等间距的平行狭缝大量等宽等间距的平行狭缝( (或反射面或反射面) )构成的光构成的光学元件，精密光学测量仪器（如光谱仪）的重要元件。学元件，精密光学测量仪器（如光谱仪）的重要元件。2024/8/3144只考虑单缝衍射强度分布只考虑单缝衍射强度分布双缝光栅强度分布双缝光栅强度分布二、光栅衍射的基本特点二、光栅衍射的基本特点屏上的强度为屏上的强度为单缝衍射单缝衍射和和缝间干涉缝间干涉的共同结果。的共同结果。以二缝光栅为例以二缝光栅为例0-33只考虑双缝干涉强度分布只考虑双缝干涉强度分布0-11012-1-2结论结论2024/8/3145（ 为为主极大级数）主极大级数）缝间干涉主极大缝间干涉主极大条件条件1 1、中央明纹、中央明纹缝间干涉主极大就是光栅衍射主极大，其位置满足缝间干涉主极大就是光栅衍射主极大，其位置满足光栅衍射主极大光栅衍射主极大 光栅方程光栅方程 三、条纹分析三、条纹分析（缝间干涉加强条件）（缝间干涉加强条件）（0）2. 其它各级明纹（主极大）其它各级明纹（主极大）2024/8/3146透镜离狭缝距离很近：透镜离狭缝距离很近：第第 k 级明纹坐标为级明纹坐标为：相邻明纹间距为：相邻明纹间距为：光栅中狭缝越密集，光栅常数越小，则明纹间距越大，光栅中狭缝越密集，光栅常数越小，则明纹间距越大，明纹就越亮。明纹就越亮。3.主极大位置主极大位置2024/8/31474. 以上明纹能否出现受两个条件限制，由此可确定以上明纹能否出现受两个条件限制，由此可确定k值：值：(1) (2) 缺级缺级缝间干涉加强，明纹缝间干涉加强，明纹单缝衍射相消，暗纹单缝衍射相消，暗纹多缝干涉主极大光强受单缝衍射光强调制，使得主极大光多缝干涉主极大光强受单缝衍射光强调制，使得主极大光强大小不同，在单缝衍射光强极小处的强大小不同，在单缝衍射光强极小处的主极大主极大缺级。缺级。此时，公式中主极大明纹不再出现，称为缺级。此时，公式中主极大明纹不再出现，称为缺级。2024/8/3148如：如： 缺级缺级能能看出缺哪些级次吗看出缺哪些级次吗? ? d/a 是多少是多少? ?2024/8/3149（3 3）光栅常数越小，对应各级的衍射角越大，各级明条）光栅常数越小，对应各级的衍射角越大，各级明条 纹就分得越开；光栅的纹就分得越开；光栅的总缝数总缝数N越大，明条纹越亮越大，明条纹越亮。讨论讨论（1 1）主极大条纹是由）主极大条纹是由多缝干涉多缝干涉决定的；决定的；（2 2）能观察到的主极大条纹的最大级数为）能观察到的主极大条纹的最大级数为 ；（4 4）明纹的位置）明纹的位置 ，光栅衍射中，衍射角一般较，光栅衍射中，衍射角一般较 大大, , 。2024/8/31505 5、暗条纹、暗条纹 在光栅衍射中，相邻两主极大之间还分布着一些暗条纹。在光栅衍射中，相邻两主极大之间还分布着一些暗条纹。这些暗条纹是由各缝射出的衍射光因干涉相消而形成的。这些暗条纹是由各缝射出的衍射光因干涉相消而形成的。 N缝光栅，在缝光栅，在相邻二主极大条纹相邻二主极大条纹之间有之间有N1条暗纹条暗纹2024/8/31516 6、次明纹、次明纹 在相邻暗条纹之间必定有明纹，称为次明纹或次极大。在相邻暗条纹之间必定有明纹，称为次明纹或次极大。相邻主极大之间有相邻主极大之间有(N-2)个次极大。次极大的亮度很小，实验个次极大。次极大的亮度很小，实验中观察不到。中观察不到。 当当N 很大时，次极大的个数很多，在主极大明条纹之很大时，次极大的个数很多，在主极大明条纹之间实际上形成一片相当暗的背底。间实际上形成一片相当暗的背底。 在研究光栅问题时，主要研究主极大明纹。在研究光栅问题时，主要研究主极大明纹。2024/8/3152四、光栅光谱（四、光栅光谱（衍射光谱衍射光谱）1. 1. 光栅方程光栅方程 对不同的入射波长对不同的入射波长，同一级明纹的位置不同，从而，同一级明纹的位置不同，从而形成彩色光带。形成彩色光带。2. 2. 可以看到几级光谱？可以看到几级光谱？（内紫外红）（内紫外红）若用白光照射光栅，则各种波长的单色光将产生各自的若用白光照射光栅，则各种波长的单色光将产生各自的衍射条纹；除中央明纹由各色光混合仍为白光外，其两衍射条纹；除中央明纹由各色光混合仍为白光外，其两侧的各级明纹都侧的各级明纹都由紫到红由紫到红对称排列着。这些彩色光带，对称排列着。这些彩色光带，叫做叫做光栅光谱光栅光谱。 当当 时，第时，第k级和第级和第k+1级的光谱将发生重叠。级的光谱将发生重叠。 2024/8/31530级级1级级2级级-2级级-1级级3级级-3级级白光的光栅光谱白光的光栅光谱3. 3. 可以看到几级完整的光谱？可以看到几级完整的光谱？2024/8/3154 如如测量未知合金的成分测量未知合金的成分，可给该合金加高压，让灼热的，可给该合金加高压，让灼热的合金发射出的光照射衍射光栅，得到其特征光谱，进行光谱合金发射出的光照射衍射光栅，得到其特征光谱，进行光谱分析即可得出未知合金的成分。分析即可得出未知合金的成分。光谱分析光谱分析 由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成份，可以分析出发光物质所含的由谱线的成份，可以分析出发光物质所含的元素或化合物元素或化合物；还可以从谱线的强度定量分析出元素的还可以从谱线的强度定量分析出元素的含量含量。这种分析方法。这种分析方法叫做叫做光谱分析光谱分析。2024/8/3155 和和 在光栅在光栅法线同侧法线同侧 时，相邻两缝的光程差时，相邻两缝的光程差光栅公式：光栅公式：五、单色平行光斜入射情况五、单色平行光斜入射情况 ABCDP 和和 在在光光栅栅法法线线异异侧侧 时，相邻两缝的光程差时，相邻两缝的光程差2024/8/3156例例 用白光垂直照射在每厘米中有用白光垂直照射在每厘米中有6500条刻线的平面光条刻线的平面光栅上，求第三级光谱的张角。栅上，求第三级光谱的张角。 解：解：白光的波长范围白光的波长范围 1=400nm ，2=760nm光栅常数光栅常数 说说明明第第三三级级红红光光不不存存在在。即即第第三三级级谱谱线线不不能能全全部部呈呈现在屏幕上。呈现在屏幕上部分张角为现在屏幕上。呈现在屏幕上部分张角为2024/8/3157第三级谱线中出现的波长最长的谱线对应衍射角第三级谱线中出现的波长最长的谱线对应衍射角 ，设此波长为设此波长为 ，则有，则有（绿光）（绿光）第三级能够出现的最大波长是多少？第三级能够出现的最大波长是多少？2024/8/31581mm 上上500条刻痕的光栅，条刻痕的光栅，a1106m，590nm。垂直。垂直入射光栅，问：可以看到几级谱线？入射光栅，问：可以看到几级谱线？例例解解（1）（2）存在缺级）存在缺级即即缺级缺级因此，实际看到的谱线有：因此，实际看到的谱线有：三级光谱，三级光谱，5条主明纹。条主明纹。2024/8/3159600nm 的单色光垂直入射到光栅上，第二级明纹出现在的单色光垂直入射到光栅上，第二级明纹出现在sin0.2处，第四级缺级。求处，第四级缺级。求（1）光栅常数）光栅常数ab？ （2）缝宽）缝宽a？ （3）可以看到几条明纹？可以看到几条明纹？例例解解 （1）（2）（为何不是（为何不是2？）？）（3）因此，可以看到因此，可以看到8级光谱，级光谱，15条明纹。条明纹。2024/8/3160例例例例 已知光栅狭缝宽为已知光栅狭缝宽为1.2 10-6m，当波长为当波长为500nm的单色光的单色光垂直入射在光栅上，发现第四级缺级，第二级和第三级明纹垂直入射在光栅上，发现第四级缺级，第二级和第三级明纹的间距为的间距为1cm，求：，求：（1 1）透镜的焦距）透镜的焦距 f 。（2 2）计算屏幕上可以出现的明纹最高级数。）计算屏幕上可以出现的明纹最高级数。 解：解： 由由比较可得比较可得 当当（缺级为（缺级为 ） 2024/8/3161而第二级明纹在屏上的位置为而第二级明纹在屏上的位置为 第三级明纹在屏上的位置第三级明纹在屏上的位置 由光栅公式，对第二级明纹有由光栅公式，对第二级明纹有 对第三级明纹有对第三级明纹有 由此可知由此可知 2024/8/3162查表知查表知 由由（2 2）由）由 ，可求得最高明纹级次为可求得最高明纹级次为2024/8/3163例例 以氢放电管发出的光垂直照射在某光栅上以氢放电管发出的光垂直照射在某光栅上, ,在衍在衍射角射角 方向上看到方向上看到 和和 的谱线重合，求光栅常数的最小值。的谱线重合，求光栅常数的最小值。解解： 由光栅谱线重叠满足的条件由光栅谱线重叠满足的条件2024/8/316414-10-12 光的偏振光的偏振大学物理课程大学物理课程2024/8/3165随着科学技术的发展，偏振光元件，偏振光仪器和随着科学技术的发展，偏振光元件，偏振光仪器和偏振光技术在各个领域都得到了很多应用，尤其在偏振光技术在各个领域都得到了很多应用，尤其在实验应力分析、计量测试、晶体材料分析、簿膜和实验应力分析、计量测试、晶体材料分析、簿膜和表面研究、激光技术等方面更为突出。表面研究、激光技术等方面更为突出。 使用偏振镜拍摄的水面使用偏振镜拍摄的水面 未使用偏振镜拍摄的水面未使用偏振镜拍摄的水面 2024/8/3166机机械械波波穿穿过过狭狭缝缝 什么是偏振？什么是偏振？横波有偏振性横波有偏振性纵波无偏振性纵波无偏振性 对纵波而言，包含传播方向与振动方向所构成的平面，哪一对纵波而言，包含传播方向与振动方向所构成的平面，哪一个都一样，没有一个显示出与另一个有什么区别或不同。称之个都一样，没有一个显示出与另一个有什么区别或不同。称之为：波的振动方向对传播方向具有对称性。为：波的振动方向对传播方向具有对称性。2024/8/3167光的振动方向在振动平面内不具有对称性，叫做光的光的振动方向在振动平面内不具有对称性，叫做光的偏振偏振。对横波而言，由传播方向与振动方向所构成的平面，与包含传对横波而言，由传播方向与振动方向所构成的平面，与包含传播方向而不包含振动方向的其它平面有区别。称之为：波的振播方向而不包含振动方向的其它平面有区别。称之为：波的振动方向对传播方向不具有对称性。这种不对称性称之为动方向对传播方向不具有对称性。这种不对称性称之为偏振偏振。机械波的机械波的横波横波与与纵波纵波的区别的区别-偏振偏振光的光的波动性波动性光的干涉、衍射光的干涉、衍射光波是光波是横波横波光的光的偏振偏振2024/8/3168偏振光的五种偏振态偏振光的五种偏振态完全偏振光完全偏振光1、自然光、自然光5、部分偏振光、部分偏振光2、线偏振光、线偏振光3、圆偏振光、圆偏振光4、椭圆偏振光、椭圆偏振光14-10 14-10 自然光和偏振光自然光和偏振光2024/8/3169一、自然光一、自然光 普通光源发光具有普通光源发光具有随机性、间歇性随机性、间歇性，各原子发光，各原子发光彼此独立、互不相干，光振动方向的取向也是随机彼此独立、互不相干，光振动方向的取向也是随机分布。矢量分布。矢量E在所有可能的方向上的振幅都相等在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫（轴对称）这样的光叫自然光自然光 . .a.自然光自然光2024/8/3170 自然光自然光的的E矢量分解为矢量分解为两两个个互相互相垂直垂直、振幅相振幅相等等、相互独立、相互独立的光振动（的光振动（无确定无确定的的相位相位关系）关系）表表示示 , , 并各具有并各具有一半一半的振动能量的振动能量 . .b. 自然光自然光的等效方法的等效方法c. 自然光的图示自然光的图示1 1) ) 二二互相互相垂直方向是任选的垂直方向是任选的 。2) 2) 各光矢量间无固定的相位关系。各光矢量间无固定的相位关系。注意注意2024/8/3171 自然光经过某些物质的反射、折射或吸收后，可能只自然光经过某些物质的反射、折射或吸收后，可能只保留某一方向的光振动。这种保留某一方向的光振动。这种只有某一固定方向振动的光只有某一固定方向振动的光叫做线偏振光或平面偏振光（完全偏振光）。叫做线偏振光或平面偏振光（完全偏振光）。光振动平行屏幕光振动平行屏幕光振动垂直屏幕光振动垂直屏幕振动面振动面u二、线偏振光二、线偏振光2024/8/3172椭圆偏振光：椭圆偏振光：在传播过程中，光矢量围绕传播方向按在传播过程中，光矢量围绕传播方向按 一定频率旋转，其末端在垂直于传播方向一定频率旋转，其末端在垂直于传播方向的平面上的投影是一椭圆。的平面上的投影是一椭圆。圆偏振光：圆偏振光：光矢量末端在垂直于传播方向的平面上光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的投影是圆。的投影是圆。 右旋右旋椭圆偏振光椭圆偏振光三、圆偏振光和椭圆偏振光三、圆偏振光和椭圆偏振光2024/8/3173 光矢量末点的运动轨迹是正椭圆、斜椭圆或光矢量末点的运动轨迹是正椭圆、斜椭圆或圆。面对光的传播方向看，光矢量端点沿逆时针方圆。面对光的传播方向看，光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为向旋转的称为左旋偏振光左旋偏振光；沿顺时针方向旋转的称；沿顺时针方向旋转的称为为右旋偏振光。右旋偏振光。2024/8/3174垂直垂直屏幕的光振动较强屏幕的光振动较强平行平行屏幕的光振动较强屏幕的光振动较强四、部分偏振光四、部分偏振光 某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为优势的光为部分偏振光部分偏振光 . . 部分偏振光的两个相互垂直的光振动也没部分偏振光的两个相互垂直的光振动也没有任何固定的相位关系。有任何固定的相位关系。2024/8/3175如何获得偏振光如何获得偏振光1. 通过偏振片通过偏振片2. 光在二界面的反射和折射光在二界面的反射和折射3. 双折射双折射2024/8/3176偏振片（偏振片（PolaroidPolaroid） 当自然光射到偏振片上时，振动方当自然光射到偏振片上时，振动方向与偏振化方向平行的光透过向与偏振化方向平行的光透过 。19281928年一位年一位1919岁的美国大学生岁的美国大学生 E.H.LandE.H.Land发明的。发明的。14-11 14-11 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2024/8/3177 起起 偏偏一一 偏振片的起偏与检偏偏振片的起偏与检偏 二二向向色色性性 : 某某些些物物质质能能吸吸收收某某一一方方向向的的光光振振动动，而而只只让让与这个方向垂直的光振动通过，这种性质称与这个方向垂直的光振动通过，这种性质称二向色性二向色性。 偏振片偏振片： 涂有二向色性材料的透明薄片。涂有二向色性材料的透明薄片。 偏偏振振化化方方向向 ：当当自自然然光光照照射射在在偏偏振振片片上上时时，它它只只让让某某一一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向。特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向。偏振化方向偏振化方向起偏器起偏器偏振片的起偏作用偏振片的起偏作用2024/8/3178偏振片偏振片 偏振片由具有偏振片由具有二向色性二向色性的有机化合物的晶体构成，的有机化合物的晶体构成，它能吸收入射光矢量在某一方向的分量，而透过其垂直它能吸收入射光矢量在某一方向的分量，而透过其垂直分量，从而使入射的自然光变为分量，从而使入射的自然光变为线偏振光线偏振光。出射的线偏。出射的线偏振光的振动方向就是偏振片的透振方向。振光的振动方向就是偏振片的透振方向。2024/8/3179用以用以转变自然光为偏振光转变自然光为偏振光的物体叫的物体叫起偏器起偏器；用以用以判断某束光是否是偏振光判断某束光是否是偏振光的物体叫做的物体叫做检偏器检偏器。 偏振化方向偏振化方向 ：当自然光照射在上时，它只让某一特：当自然光照射在上时，它只让某一特定方向的光通过偏振片，这个方向叫此偏振片的偏振定方向的光通过偏振片，这个方向叫此偏振片的偏振化方向化方向 .用用“ ”表示。表示。2024/8/3180I?P待检光待检光思思 考考 I I 不变不变待检光是什么光待检光是什么光 I I 变，有消光变，有消光待检光是什么光待检光是什么光 I I 变，无消光变，无消光待检光待检光是什么光是什么光2024/8/3181二二 马吕斯定律（马吕斯定律（ Malus law 1880 年）年）马吕斯定律：马吕斯定律：强度为强度为I0的偏振光通过检偏振的偏振光通过检偏振器后器后, 出射光的强度为出射光的强度为检偏器检偏器起偏器起偏器NM2024/8/3182例例1 1 光强为光强为I0的自然光垂直穿过两个偏振片，两偏振的自然光垂直穿过两个偏振片，两偏振片的偏振化方向夹角为片的偏振化方向夹角为4545 ，若不考虑偏振片的反，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两偏振片后的光强是多少？射和吸收，则穿过两偏振片后的光强是多少？解：解： 穿过穿过P1后：后： I= I0/2穿过穿过P2后：后： I = Icos245 = I0/42024/8/3183 例例2 有两个偏振片有两个偏振片, ,一个用作起偏器一个用作起偏器, , 一个用作检偏一个用作检偏器器. . 当它们偏振化方向间的夹角为当它们偏振化方向间的夹角为 时时 , ,一束单色一束单色自然光穿过它们自然光穿过它们, ,出射光强为出射光强为 ; ;当它们偏振化方向间当它们偏振化方向间的夹角为的夹角为 时时, , 另一束单色自然光穿过它们另一束单色自然光穿过它们 , ,出射光出射光强为强为 , ,且且 求两束单色自然光的强度之比求两束单色自然光的强度之比 . .解解 设两束单色自然光的强度分别设两束单色自然光的强度分别 经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和 经过检偏器后经过检偏器后2024/8/3184 例例3 3 在两块正交偏振片在两块正交偏振片 之间插入另一块偏之间插入另一块偏振片振片 ，光强为，光强为 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片 ，讨论转动讨论转动 透过透过 的光强的光强 与转角的关系与转角的关系. .2024/8/3185 反射光反射光部分偏部分偏振光，垂振光，垂直于入射面的振动大于平行直于入射面的振动大于平行于入射面的振动于入射面的振动. .折射光折射光部分偏振光，部分偏振光，平行平行于入射面的振动大于垂直于入于入射面的振动大于垂直于入射面的振动射面的振动. .理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关 . .14-12 14-12 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 自然光入射到两种各向同性媒介分界面上，反自然光入射到两种各向同性媒介分界面上，反射光和折射光都变成部分偏振光。射光和折射光都变成部分偏振光。玻璃玻璃空气空气2024/8/3186布儒斯特定律布儒斯特定律（1812年）年）玻璃玻璃空气空气当当入入射射角角等等于于某某一一特特定定值值i0时时，反反射射光光是是光光振振动动垂垂直于入射面的直于入射面的线偏振光线偏振光。折射光仍为部分偏振光。折射光仍为部分偏振光。式式中中n2为为折折射射空空间间媒媒质质折折射射率率，n1为为入入射射空空间间媒媒质质的的折折射射率率，i0称称为为起起偏偏振振角角或或布儒斯特角。布儒斯特角。2024/8/31871 1）反射光和折射光互相垂直反射光和折射光互相垂直. .由折射定律由折射定律由布儒斯特定律由布儒斯特定律两式比较得两式比较得反射线与折射线垂直反射线与折射线垂直讨论讨论玻璃玻璃空气空气2024/8/3188 2 2）根据光的根据光的可逆性可逆性，当入射光以，当入射光以 角从角从 介介质入射于界面时质入射于界面时, , 此此 角即为布儒斯特角角即为布儒斯特角 .玻璃玻璃2024/8/31893)3)画出下列光线的反射和折射（画出下列光线的反射和折射（起偏角起偏角 ）. .2024/8/3190例例1 1 一束自然光以布儒斯特角入射到平玻璃板上，一束自然光以布儒斯特角入射到平玻璃板上，就偏振状态来说，则反射光为就偏振状态来说，则反射光为 ，反射，反射光光 矢量的振动方向矢量的振动方向 ，折射光，折射光为为 ，反射光线与折射光线之间的，反射光线与折射光线之间的夹角为夹角为 。线偏振光线偏振光垂直于入射面垂直于入射面部分偏振光部分偏振光9090 例例2 自然光以自然光以60 的入射角照射到某两介质交界面时，的入射角照射到某两介质交界面时，反射光为完全偏振光，则知折射光为反射光为完全偏振光，则知折射光为(A)完全偏振光完全偏振光,且折射角是且折射角是30 .(B)部分偏振光部分偏振光,且只是在该光由真空入射到折射率为且只是在该光由真空入射到折射率为 的介质时，折射角是的介质时，折射角是30 .2024/8/3191解：解：答案答案 (D)(C)部分偏振光，且必须在已知两种介质的折射部分偏振光，且必须在已知两种介质的折射率时才能确定折射角率时才能确定折射角.(D)部分偏振光，且折射角是部分偏振光，且折射角是30 .反射光完全偏振反射光完全偏振，入射角，入射角i0 = 60 折射光为部分偏振折射光为部分偏振与介质的折射率无关与介质的折射率无关.折射角折射角2024/8/3192 例例3 3 一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角为布儒斯特角 ，问，问: :在界面在界面2的反射光是什么光？的反射光是什么光？1玻璃玻璃2解：解：在上表面在上表面反射光为线偏振光。反射光为线偏振光。在下表面在下表面也满足布儒斯特定律，反射光也是线偏振光。也满足布儒斯特定律，反射光也是线偏振光。2024/8/3193 一次起偏垂直入射面的振动仅有很小部分被反一次起偏垂直入射面的振动仅有很小部分被反射（约射（约15%），所以），所以反射偏振光很弱反射偏振光很弱 。一般应用一般应用玻玻璃片堆璃片堆产生偏振光。产生偏振光。结论：结论：上、下两个表面的反射光都是线偏振光。上、下两个表面的反射光都是线偏振光。2024/8/3194偏振片的应用偏振片的应用2)2) 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。反射光。3)3) 制成偏光眼镜，可观看立体电影。制成偏光眼镜，可观看立体电影。4)4) 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面成若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面成4545 角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免汽车角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免汽车会车时灯光的晃眼会车时灯光的晃眼。1)1) 作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。2024/8/31955）.生物的生理机能与偏振光生物的生理机能与偏振光 人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五只眼、三昆虫的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五只眼、三只复眼、两只单眼，每个复眼包含有只复眼、两只单眼，每个复眼包含有6300个个小眼，这小眼，这些小眼能些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位根据太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。它的同类引到它所找到的花丛。 再如在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，再如在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，但是沙漠中有一种蚂蚁，它能但是沙漠中有一种蚂蚁，它能利用天空中的紫外偏光利用天空中的紫外偏光导航导航，因而不会迷路。，因而不会迷路。2024/8/3196小小 结结一、光的偏振态一、光的偏振态 自然光、线偏振光、部分偏振光自然光、线偏振光、部分偏振光二、线偏振光的获得二、线偏振光的获得 偏振片法、反射和折射法、双折射法（自学）偏振片法、反射和折射法、双折射法（自学）三、基本物理定律（光强变化）三、基本物理定律（光强变化） 1. 布儒斯特定律布儒斯特定律: 2. 马吕斯定律马吕斯定律:四、偏振光的应用实例四、偏振光的应用实例 2024/8/3197有反射光干扰的橱窗有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振片消在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰除了反射光的干扰2024/8/3198拍摄橱窗时未加偏振片拍摄橱窗时未加偏振片拍摄橱窗时加偏振片拍摄橱窗时加偏振片 2024/8/3199立体电影立体电影2024/8/3200