第12章波动光学选读.ppt

例: 波长为6000?的单色光垂直入射在一光栅上，第二级明纹出现在sin?2=0.2处，第4级为第一个缺级。求(1)光栅上相邻两缝的距离是多少？(2)狭缝可能的最小宽度是多少？(2)狭缝可能的最小宽度是多少？(3)按上述选定的a、b值，实际上能观察到的全部明纹数是多少？ 解: (1) k=4, 取k/=1 (3)由光栅方程 sin ?=1, k=kmax 在-900sin?900范围内可观察到的明纹级数为 k=0,?1, ?2, ?3, ?5, ?6, ?7, ?9,共15条明纹 §12.5　光的偏振 一、自然光和偏振光 1.横波的偏振性 横波与纵波的区别 波穿过狭缝 光的偏振态: 光矢量在与光传播方向垂直的平面内的振动状态。按照振动状态的不同分把光分为五类：自然光，线偏振光（完全偏振光），部分偏振光，椭圆偏振光和圆偏振光 ? 偏振: 波的振动方向相对传播方向的不对称性。 振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。 2.自然光 自然光是非偏振光 光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性，即在所有可能的方向上的振幅都相等，具有这种特性的光就叫自然光 。 自然光的分解 自然光各方向所有光矢量分解在两个互相垂直方向上后，再在各自的方向上叠加成为两个光矢量分量 此时 非相干 则 自然光的表示 各光矢量间无固 定的相位关系 . 3. 线偏振光 光矢量的振动方向始终不变的光，只沿一个固定方向振动，这种光称为线偏振光。又称平面偏振光，完全偏振光 E 传播方向 振动面 面对光的传播方向看 线偏振光的表示法： 光振动平行黑板面 光振动垂直黑板面 4. 部分偏振光 光矢量的振动各个方向都有，一个方向振动较弱，而另一方向振动较强的光 ，叫部分偏振光. 部分偏振光可以看作是由一个完全偏振光和一个自然光混合起来组成的。 表示法： 二、起偏和检偏　马吕斯定律 1. 偏振片的起偏、检偏 起偏： 把自然光(或非偏振光)变成线偏振光的过程。 检偏：检查入射光的偏振性。 起偏的原理: 利用某种形式的不对称性 偏振化方向:偏振片上允许通过光振动的方向。也叫透光轴。 偏振光的检验 偏振片转一周 消光 线偏光 部分偏光 强度变，无消光 自然光 强度不变 透光轴 检偏器 检 偏 起偏器 I 2. 马吕斯定律 线偏振光通过偏振片P 前后的光强关系： 设α为振动方向与偏振化方向的夹角 ? I0 P P E0 ? E = E0cos? — 消光 注意：入射光必须是线偏振光，不是自然光; 　　　Ｉ是与cos2α正比 三、反射光与折射光的偏振　布儒斯特定律 1.布儒斯特定律 n2 n1 i i ? 垂直入射面的E矢量占优势 平行入射面的E矢量占优势 入射角i 变?反射、折射光的偏振度也变。 i = i0 时，反射光只有垂直分量： n2 n1 i０ i０ ?０ i0 +?0 = 90? i0 — 布儒斯特角或 起偏角 由 有 布儒斯特定律 　　虽然反射光是E矢量垂直于入射面的线偏振光，但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量的15%，反射偏振光非常微弱 　　这也说明了折射光依然是部分偏振光。 2.应用 ①用玻璃片堆获偏振光 i0 (接近线偏振光) 玻璃片堆 ②外腔式激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，可减少反射损失 · · · · · · · · · · · i0 i0 · 激光输出 布儒斯特窗 M1 M2 · · i0 i0 谢谢 四.迈克耳孙干涉仪 1. 结构和光路 M2可动平面反射镜 M1固定平面反射镜 G1分光板 G2补偿板 面光源 1 2 1/ 2/ 2/ 1/ M1/ M1，M2是平面镜，G1，G2为玻璃片，与两臂成45度角。 G1镀膜，为半透半反玻璃片，称为分光板， G2为补偿板 条纹宽度 A B L2 f 0 x1 x2 I 中央明纹的宽度 线宽度?x0 : 两个第一级暗纹间的距离 x ?x0 ?1 ?x0 =2x1 ??0 ?x ?? 角度宽△?0: △?0= 2?1 衍射的反比律 其他明纹的宽度 线宽度△x: 角度宽△?: 影响衍射图样的 a 和 ? ? 的影响 ?越大，衍射越显著,条纹间距越宽。 a 的影响 缝越狭，衍射越显著，条纹间距越宽。 I 0 sin? 只存在中央明文，屏幕是一片亮。 只显出单一的明条纹 ? 单缝的几何光学像 ∴几何光学是波动光学在a ? 时的极限情形。 *单缝衍射条纹亮度分布 设中央条纹的中心，其光强为I0, 衍射角为?时，光会聚于屏上P ?处，其光强为I，则由惠更斯——菲涅耳原理可得 当 ? ＝0 时，u＝0，I＝I0，中央极大 当 asin? ＝k?，k＝±1，±2，±3，… 时