光光栅及光的偏振优秀PPT.ppt

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1、光光栅及光的偏振第1页，本讲稿共31页课堂练习课堂练习:波长波长600nm(1nm=10600nm(1nm=109m)9m)的单色光垂直入射到一光栅上，的单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为测得第二级主极大的衍射角为3030，且第三级是缺级，且第三级是缺级(1)(1)光光栅常数栅常数(a a+b b)等于多少？等于多少？(2)(2)透光缝最小宽度透光缝最小宽度a a等于多少？等于多少？(3)(3)在选定了上述在选定了上述(a a+b b)和和a a之后，求在衍射角之后，求在衍射角-能观察到的主极大级次能观察到的主极大级次解：解：(1)(1)由光栅方程由光栅方程 (2)(2)由于

2、第三级缺级由于第三级缺级K K=1=1时最小宽度时最小宽度(3)k=3,6,9,(3)k=3,6,9,.缺级缺级衍射角衍射角-可观察到的全部主极大的级次可观察到的全部主极大的级次k=-2,-1,0,1,2k=-2,-1,0,1,2共共5 5条明纹条明纹第2页，本讲稿共31页本次课的重点本次课的重点掌握掌握光栅的分辨本领光栅的分辨本领掌握掌握X X射线在晶格上的衍射公式射线在晶格上的衍射公式理解理解自然光、线偏振光等的概念自然光、线偏振光等的概念理解理解偏振光的获得和检验方法偏振光的获得和检验方法掌握掌握马吕斯定律马吕斯定律第3页，本讲稿共31页光栅的光栅的分辨本领分辨本领又称为又称为色分辨本领

3、色分辨本领,用用R表示表示,定义为定义为推导推导:K;K;+可得可得 光栅的分辩本领光栅的分辩本领Resolving power波长波长 的的 K”=(kN+1)级级 暗纹暗纹波长为波长为+的的第第k级明纹级明纹瑞利准则瑞利准则:一条谱线的中心恰与另一条谱一条谱线的中心恰与另一条谱线的中心最近一个极小重合时线的中心最近一个极小重合时,两条谱线刚两条谱线刚能区分能区分.第4页，本讲稿共31页例例：钠光的两条谱线：钠光的两条谱线(1=589.0nm、2=589.6nm)，要在，要在第三级第三级谱线恰能把他们分辨出来，问光栅要有多少缝？谱线恰能把他们分辨出来，问光栅要有多少缝？327解解：第5页，本

4、讲稿共31页课堂练习课堂练习:光栅光栅A的的dA=2 m,光栅宽度光栅宽度WA=4cm；光栅光栅B 的的dB=4 m,光栅宽度光栅宽度 WB=10cm。现有现有波长为波长为 500nm和和500.01nm的光垂直照射这两块光栅，选定在的光垂直照射这两块光栅，选定在第二级工作。第二级工作。试问：试问：能否分辨这两条谱线？能否分辨这两条谱线？解：解：关键：关键：使用光栅的分辨本领应大于或等于使用光栅的分辨本领应大于或等于要分辨要分辨500nm和和 500.01nm这两条谱线的分辨本领这两条谱线的分辨本领光栅的分辨本领光栅的分辨本领:B光栅恰能分辨这两条谱线光栅恰能分辨这两条谱线A光栅则不能分辨光栅

5、则不能分辨.第6页，本讲稿共31页课堂练习课堂练习:光栅光栅A的的dA=2 m,光栅宽度光栅宽度WA=4cm；现有现有波长为波长为 500nm和和500.01nm的光垂直照射这两块光栅，选定的光垂直照射这两块光栅，选定在第二级工作。在第二级工作。试问：试问：这块光栅将这两条谱线分开多大的角度？这块光栅将这两条谱线分开多大的角度？能否分辨这两条谱线？能否分辨这两条谱线？解：解：由光栅公式由光栅公式光栅光栅AA光栅则不能分辨光栅则不能分辨.第7页，本讲稿共31页X X射线的射线的衍射衍射 X X射线射线K A 18951895年年,伦琴伦琴(德德),X),X射线管射线管 约约0.01-10nm0.

6、01-10nm数量级的数量级的电磁波电磁波19121912年年,劳厄劳厄(德德)实验实验.OPPEC劳厄斑晶体晶体X X射线射线第8页，本讲稿共31页 布拉格公式布拉格公式 19131913年年,布拉格布拉格(英英)父子实验父子实验.d COBA晶面间距晶面间距d d，掠射角掠射角，上下相邻原子层反射线的光程差上下相邻原子层反射线的光程差=ACAC+BCBC=2dsin=2dsin 干涉干涉加强：加强：2 2dsindsin=k=k，k=1,2,3,k=1,2,3,.布拉格公式布拉格公式不同取向的原子层组如图不同取向的原子层组如图应用：应用：测波长或测晶体的晶格常数测波长或测晶体的晶格常数第9

7、页，本讲稿共31页 自然光和偏振光自然光和偏振光1.1.线偏振光线偏振光E播播传传方方向向振振动动面面面对光的传播方向看面对光的传播方向看线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解;两个两个分量分量同频率且位相差为同频率且位相差为0 0或或 EEyEx yx 光的横波性光的横波性,光的振动矢量光的振动矢量(电矢量或光矢量电矢量或光矢量)第10页，本讲稿共31页线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面2.2.自然光自然光没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解一一束束自自然然光光可可分分解解为为两两束束振振动动

8、方方向向相相互互垂垂直的、直的、等幅的、不相干等幅的、不相干的线偏振光。的线偏振光。自然光的表示法：自然光的表示法：第11页，本讲稿共31页3.3.部分偏振光部分偏振光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部部分分偏偏振振光光可可分分解解为为两两束束不不等等幅幅的的、不不相相干干振振动方向相互垂直的线偏振光。动方向相互垂直的线偏振光。部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法：平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强第12页，本讲稿共31页右旋右旋圆圆偏振光偏振光 y yx z传播方向传播方向 /2x左旋左旋圆圆偏振光偏振光E E随随z z的变

9、化的变化E 04.4.圆偏振光圆偏振光 椭圆偏振光椭圆偏振光左旋光和右旋光左旋光和右旋光线偏振光沿两个相互垂直线偏振光沿两个相互垂直的方向分解时两个分量的方向分解时两个分量位位相差为相差为/2 2或或3 3/2/2右旋右旋椭圆椭圆偏振光偏振光左旋左旋椭圆椭圆偏振光偏振光第13页，本讲稿共31页线偏光线偏光在两个互相垂直方向上的分量在两个互相垂直方向上的分量在两个互相垂直方向上的分量在两个互相垂直方向上的分量同同频率且有固定位相差时频率且有固定位相差时线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光左旋椭圆左旋椭圆偏振光偏振光第14页，本讲稿共31页偏偏振振化化方方向向自自然然光光振

10、振线线偏偏光光 偏振光的产生和检验偏振光的产生和检验 偏振片偏振片微晶型微晶型非偏振光非偏振光线偏振光线偏振光光轴光轴电气石晶片电气石晶片分子型分子型x yzz线栅起偏器线栅起偏器 入射入射电磁波电磁波起偏起偏检偏检偏 偏振片作用：偏振片作用：第15页，本讲稿共31页.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化光强发生变化第16页，本讲稿共31页.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化光强发生变化第17页，本讲稿共31页.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光

11、自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化光强发生变化第18页，本讲稿共31页.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化光强发生变化第19页，本讲稿共31页.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化光强发生变化第20页，本讲稿共31页.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化光强发生变化第21页，本讲稿共31页.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光

12、自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化光强发生变化第22页，本讲稿共31页检偏器偏检偏器偏振化方向振化方向AA0.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光AIA00II0I=AA022马吕斯定律马吕斯定律=cosA02A022 cosAA0=检偏器前偏振光振动方向与检偏器检偏器前偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角 马吕斯定律马吕斯定律第23页，本讲稿共31页非偏振光非偏振光I0线偏振光线偏振光 IP偏振化方向偏振化方向 (透振方向透振方向)I0IPP E0 E=E0cos 消光消光 讨论：讨论：第24页，本讲稿

13、共31页(3)(3)用偏振器件分析、检验光的偏振态用偏振器件分析、检验光的偏振态I?P待检光待检光 I I不变不变？是什么光？是什么光 I I变，有消光变，有消光？是什么光？是什么光 I I变，无消光变，无消光？是什么光？是什么光第25页，本讲稿共31页例例:用两个偏振片平行放置作为起偏器和检偏器用两个偏振片平行放置作为起偏器和检偏器,在它们的偏在它们的偏振化方向成振化方向成3030 角时角时,观测一光源观测一光源;再将夹角改为再将夹角改为6060,换换一个光源一个光源.两次测得光强相等两次测得光强相等.求两光源照起偏器的光强之比求两光源照起偏器的光强之比.解解:设两光源照射起偏器的光强分别为

14、设两光源照射起偏器的光强分别为I I1 1和和I I2 2.则起偏器后的光强分别为则起偏器后的光强分别为I I1 1 /2 2和和I I2 2 /2.2.设检偏器后的光强分别为设检偏器后的光强分别为II1 1 和和II2 2.依照依照马吕斯定律马吕斯定律 依题意依题意 I1=I2 即即第26页，本讲稿共31页例例:一束自然光入射到重叠起来的四片偏振片上一束自然光入射到重叠起来的四片偏振片上,它们的它们的偏振化依次顺时针偏振化依次顺时针(迎着投射光看迎着投射光看)偏开偏开3030 角角.求入射光求入射光中有百分之几的光强透过这组偏振片中有百分之几的光强透过这组偏振片(不计偏振片的吸收不计偏振片的

15、吸收).).解解:设入射光的光强为设入射光的光强为I I0,0,透过第透过第1 1、2 2、3 3、4 4片的光强分别为片的光强分别为I I1 1 、I I2 2、I I3 3、I I4 4,I1=I0/2可见透射光强为入射光的可见透射光强为入射光的21%.21%.第27页，本讲稿共31页例例：光强的：光强的调制调制。在偏振化方向正交的起偏器。在偏振化方向正交的起偏器M和检器和检器N 之间，插入一片以角速度之间，插入一片以角速度 旋转的理想偏振片旋转的理想偏振片P，入射，入射自然光强为自然光强为I0,试求由系统出射的光强是多少？试求由系统出射的光强是多少？利用偏振片利用偏振片P的旋转可调制光信

16、号的旋转可调制光信号 第28页，本讲稿共31页 四明四暗四明四暗.t=0,90,180,270 时，输出光强为零时，输出光强为零.t=45 ,135 ,225 ,315 时时,输出光强为输出光强为 .解解:第29页，本讲稿共31页例例部部分分偏偏振振光光由由自自然然光光和和线线偏偏振振光光混混合合组组成成，今今通通过过一一偏偏振振片片观观察察，当当偏偏振振片片由由对对应应最最大大亮亮度度位位置置转转过过60时，光束亮度减为一半。时，光束亮度减为一半。求这部分偏振光中求这部分偏振光中自然光与线偏光强度之比自然光与线偏光强度之比。解解:设部分偏振光的光强为设部分偏振光的光强为1，其中线偏光占其中线

17、偏光占x，则自然光为，则自然光为(1-x)对应最大亮度对应最大亮度=0时时=60时，时，由题知由题知 I1/2=I2 即即 解得解得x=0.5 自然光强度：线偏振光强度自然光强度：线偏振光强度=1：1 第30页，本讲稿共31页例例:一束平面偏振光与自然光一束平面偏振光与自然光混合混合,当它通过一理想的旋当它通过一理想的旋转偏振片时转偏振片时,发现透射光强度依赖于偏振片的取向可增发现透射光强度依赖于偏振片的取向可增加到五倍加到五倍,求光束中的两种成分的光强各占总强度的求光束中的两种成分的光强各占总强度的百分比百分比.旋转偏振片时出射光的最大值为最小值的五倍旋转偏振片时出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 .解解:设设自然光光强为自然光光强为I1,线偏光线偏光光强为光强为I2 第31页，本讲稿共31页