高中物理课件：光的干涉与衍射现象.pptVIP

*************************************菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射菲涅耳衍射（近场衍射）观察点距衍射屏较近，通常ra2/λ入射波和衍射波都是球面波数学处理较为复杂，通常需要菲涅耳积分衍射图样随观察距离变化明显典型例子：圆孔和圆盘衍射时中心的波奈特亮斑夫琅禾费衍射（远场衍射）观察点距衍射屏很远，通常ra2/λ可以近似为平行光源和平行观察数学处理相对简单，通常用傅里叶变换衍射图样稳定，比例随距离变化典型例子：单缝衍射、光栅衍射菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射是根据观察条件对衍射现象的两种不同描述方式。夫琅禾费衍射可以看作是菲涅耳衍射在远场条件下的特例，其数学描述更为简单。现代光学中，可以使用透镜将夫琅禾费衍射图样成像在有限距离，方便观察和研究。虽然两种衍射在描述方式上有区别，但它们的物理本质是相同的，都是基于惠更斯-菲涅耳原理。理解这两种衍射的区别和联系，对于分析各种衍射现象和设计光学系统具有重要意义。衍射和干涉的联系本质相同干涉和衍射本质上都是波的叠加现象，都遵循叠加原理。二者的区别主要在于习惯上的分类：干涉通常指少数几个相干波源的叠加，而衍射则指连续分布的无限多个次波源的叠加。杨氏双缝实验的再解释杨氏双缝实验可以看作是单缝衍射+双缝干涉的组合效果。单缝S?产生的衍射光照射到双缝S?和S?上，形成两个相干光源，这两个光源各自产生衍射，然后这两束衍射光相互干涉。光栅衍射的复合性质光栅衍射是多缝衍射和干涉的综合效果。单缝衍射决定了光强的包络线，多缝干涉决定了主极大的位置。这种组合效应使光栅具有优异的分光能力。理解干涉和衍射的联系与区别，有助于我们更深入地认识波动现象的本质。在分析复杂的光学系统时，往往需要同时考虑干涉和衍射效应，例如在全息照相、光学信息处理和衍射光学元件设计中。现代光学理论中，干涉和衍射通常被统一在波的传播和叠加理论框架内处理，使用傅里叶光学和相干理论等工具进行分析。这种统一处理方法为光学系统的设计和优化提供了有力的理论支持。偏振光光的横波性质光是横波，振动方向垂直于传播方向自然光特征振动方向均匀分布在垂直于传播方向的平面内3偏振光形成振动限制在特定平面或呈规则变化偏振光是指电场振动方向有一定规律的光波。根据电场振动的特点，偏振光可分为线偏振光（电场振动限于一个平面）、圆偏振光（电场端点轨迹为圆）和椭圆偏振光（电场端点轨迹为椭圆）。产生偏振光的方法包括：①选择性吸收（如偏振片）；②反射（如在布儒斯特角反射）；③双折射（如方解石）；④散射（如蓝天偏振）。偏振光在摄影、液晶显示、应力分析、三维电影等领域有广泛应用。偏振是证明光是横波的重要证据，纵波如声波不存在偏振现象。马吕斯定律偏振片夹角θ(°)透射光强相对值马吕斯定律描述了偏振光通过检偏器时光强的变化规律。当线偏振光通过偏振片时，透射光强I与入射光强I?和偏振方向夹角θ的关系为：I=I?·cos2θ。该定律由法国物理学家埃蒂安·路易·马吕斯于1809年发现。这个定律表明：当两个偏振片的偏振方向平行时(θ=0°)，透射光强最大，等于入射光强；当两个偏振片的偏振方向垂直时(θ=90°)，透射光强为零，即完全不透光。自然光通过偏振片后，光强减为原来的一半，然后再遵循马吕斯定律。这一定律是偏振光学的基础，对于理解和应用偏振光具有重要意义。布儒斯特角θ?布儒斯特角使反射光完全偏振的入射角tanθ?=n?/n?计算公式n?是第二介质折射率，n?是第一介质折射率90°反射光与折射光夹角在布儒斯特角入射时，反射光与折射光相互垂直布儒斯特角（Brewstersangle）是指光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时，使反射光完全偏振的特殊入射角。在这个角度入射时，反射光中只含有垂直于入射面的振动分量，平行于入射面的振动分量全部透射入第二种介质。当光以布儒斯特角入射时，反射光线与折射光线正好垂直。这一现象由苏格兰物理学家大卫·布儒斯特于1815年发现。布儒斯特角在摄影（偏振滤镜消除反光）、光学仪器设计和激光器（布儒斯特窗）等领域有重要应用。例如，空气与水的界面的布儒斯特角约为53°，空气与玻璃的布儒斯特角约为56°。双折射现象双折射是指光在某些晶体中传播时，分裂成两束具有不同偏振方向和传播速度的光的现象。这种现象最早由丹麦科学家巴托林·埃拉斯马斯在方解石晶体中发现。在方解石等双折射晶体中，一束光会分裂成寻常光（o光）和非寻常光（e光），它们遵循不同的折射规律。双折射现象的物理本质是晶体的光学各向异性，即不同方向上的折射率不同。常见的双折射材料包括方解石、石英、云母和某些