光的夫琅和费衍射（续）.ppt

* ? 本章共8讲 第四篇 振动与波动第15章 波的干涉、衍射和偏振 § 15.4 光的夫琅和费衍射（续） 一. 单缝夫琅和费衍射 二. 圆孔夫琅和费衍射 三. 光栅夫琅和费衍射 四. 晶格衍射（X光衍射） 1895年11月8日德国物理学家伦琴在阴极射线实验中，偶然发现附近桌上的荧光屏上发出了光，伦琴用一张黑纸挡住管子，荧光仍存在，而用一片金属板就挡住了，他称这种射线为 X 射线。 伦琴（1845——1923） 1895年12月28日： 发表《关于一种新射线》，引起轰动，影响深远。 1895年12月22日：伦琴拍摄历史上第一张X射线照片----他夫人手的照片（现在保存在慕尼黑德国国家博物馆）。 X射线特点：不带电，穿透本领强。 许多科学家（史密斯、汤姆孙）都遇到过类似情况，但错过机遇。 在医学、工业技术中广泛应用。 导致放射性发现。 打开晶体结构研究的大门。…… 由于X射线的发现具有重大的理论意义和实用价值，伦琴于1901年获得首届诺贝尔物理学奖。 X 射线的本质是什么？－－科学史上的一场激烈论争。 1912年，德国慕尼黑大学物理学讲师劳厄完成判决性实验：用晶体作天然光栅进行X射线衍射实验 一箭双雕：既证明了X射线的波动性，又肯定了晶体空间点阵理论，荣获1914年诺贝尔物理学奖。 （1879-1960） X 射线本质：原子内层电子跃迁或加速器中电子运动产生的电磁波。 劳厄实验：用晶体作天然光栅进行X射线衍射 晶体点阵：其尺度可与X射线波长相比拟 晶体：三维结构～空间立体光栅 X射线管 铅板 闪锌矿晶体 底片 劳厄斑 曝光数小时 衍射斑强度同时与X射线能量和反射面的有效原子密度有关。 英国物理学家 亨利.布拉格（1862－1942）， 劳伦斯.布拉格（1890－1971 ） 父子获1915年诺贝尔物理奖。 晶格常数 掠射角 理论解释：布拉格公式 X射线衍射广泛应用于研究晶体结构，测晶格常数 剑桥大学卡文迪许实验室：1871年建立，代代英才辈出（26位诺贝尔奖得主） 麦克斯韦、瑞利：奠定基础； 汤姆孙，卢瑟福：开花结果（中子、人工核反应、电离层发现…） 布拉格：1937年继任，改变沿核物理单线发展趋向，转向晶体结构分析和射电天文学，在此两个新兴领域居世界领先地位，获许多诺贝尔物理、化学、生理医学奖。 克里克，沃森：发现双螺旋结构，获诺贝尔奖 DNA双螺旋结构的发现—分子生物学诞生。 X射线衍射应用介绍： DNA分子的双螺旋结构： 两股糖-磷酸骨架盘绕，大部分为右旋的。由氢键结合的碱基对搭在中间。 配对固定，一条链就包含了全部信息。 发明或发现，无论数学的还是其它领域的，都发生于观念的组合。 ——法国数学家哈达马 二十世纪光学领域三件大事： (傅立叶光学) 非线性光学 1948年：全息术的诞生 1955年：光学传递函数 1960年：激光诞生 现代光学 信息光学 (强光光学) 本节要点： 阿贝成像原理 全息照相(物理实验课) 信息光学与夫琅和费衍射的关系 *§15.6 信息光学简介 1. 光栅公式 取 k =1 光栅空间频率(每毫米刻线数) ： 一.光栅夫琅和费衍射提供了一种信息变换的可能性 光栅衍射可以将透过不同空间频率区域的光信号分开 不同空间频率的光栅组合 直流成分 低频成分 低频成分 高频成分 高频成分 o o’ 透镜 衍射屏 f z x y x’ y’ ? P 夫琅和费衍射——频谱分析器 实现对复杂图象光信息的傅立叶变换 2. 光栅：最简单的图象 物体：复杂的光栅 不同方位、不同空间频率ν的光栅组合 单色平行光 物体 二.阿贝成像原理 1. 几何光学成像： 透镜折射 2.信息光学成像： S：物——复杂光栅 衍射分频 F：频谱——付氏面上初级象 子波相干合频 像 3. 利用改造付氏面上的频谱来改造图象 空间滤波，θ调制　（演示实验） 波动光学描述 信息光学描述 三.全息照相原理（物理实验课） §15.5 光的偏振 一、偏振现象 偏振： 波振动对传播方向非对称分布 纵波：非偏振 横波：偏振 区分二者的标志 振动面 二. 光的五种偏振态 一束光: 由于光振动方向的随机性,统计结果:各种取向的光矢量振幅相等 1.自然光 每个光波列: 横波 — 偏振 普通光源发光： 光矢量对传播方向均匀对称分布 — 非偏振 完全偏振光 部分偏振光 线(平面)偏振光 椭圆偏振光 圆偏振光 偏振光 自然光 光 ? ? ? ? ? y x z 自然光的正交分解： 一对互相垂直，互相独立，振幅相等的光振动 无固定相位差,非相干叠加 表示方法： . . . . . . . . . . . . . . 光矢量旋转， 其端点轨迹为截面是 的螺旋线 2、 线偏振光 光振动只有一个确定方向（只