第十四章第一课

第十四章第一课第一页，共四十九页，2022年，8月28日X射线准直缝晶体····劳厄斑衍射图样证实了X射线的波动性。劳厄实验（1912）：晶体相当于三维光栅X射线:10-2101nm（10-1102Å）劳厄斑点第二页，共四十九页，2022年，8月28日ddddsin12晶面ACB二、X射线在晶体上的衍射1、衍射中心：:掠射角d：

晶面间距2、同一层晶面上点间散射光的干涉：每个原子都是散射子波的波源3、面间散射光的干涉：NaCld=0.28nm符合反射定律的散射光加强（晶格常数）第三页，共四十九页，2022年，8月28日散射光干涉加强条件：——布拉格公式三、应用已知、可测d已知、d可测—X射线晶体结构分析。—X射线光谱分析。共同获得了1915年的诺贝尔物理学奖。布拉格父子（，W.L.Bragg）由于利用X射线分析晶体结构的杰出工作，第四页，共四十九页，2022年，8月28日威廉.亨利.布拉格（父）威廉.劳伦斯.布拉格（子）1862—19421890—1971第五页，共四十九页，2022年，8月28日DNA晶体的X衍射照片DNA分子的双螺旋结构第六页，共四十九页，2022年，8月28日四、实际观察X射线衍射的方法1、劳厄法：使用连续的X射线照射晶体，此法可定晶轴方向。得到所有晶面族反射的主极大。每个主极大对应一个亮斑（劳厄斑）。X射线准直缝晶体····劳厄斑d这样得到的衍射图叫劳厄

(Laue)相。第七页，共四十九页，2022年，8月28日SiO2的劳厄相2、粉末法：用确定的X射线入射到多晶粉末。大量无规晶面取向，总可使布拉格条件满足。这样得到的衍射图叫德拜

(Dedye)相。此法可定晶格常数。粉末铝

的德拜相第八页，共四十九页，2022年，8月28日

五、X射线衍射与普通光栅衍射的区别▲X射线衍射有一系列的布喇格条件。晶体内有许多晶面族，一维光栅只有一个干涉加强条件：—光栅方程。▲晶体在都确定时，的关系。布喇格公式一维光栅在和入射方向角i确定后，衍射角满足光栅方程。对第i个晶面族有：入射方向和一定时，不一定能满足总能有第九页，共四十九页，2022年，8月28日1、一个原理

惠更斯——菲涅耳原理2、两种方法

半波带法

振幅矢量法3、三类问题

单缝、圆孔衍射——单纯衍射

光栅——衍射和干涉的综合

X光衍射——空间光栅，总体是衍射，具体处理是多光束干涉衍射小结第十页，共四十九页，2022年，8月28日（2）任何光学仪器都存在分辨率的问题（1）无论孔、缝，衍射都出现光的扩展，几何光学透镜：光栅：（角）（色）4、四点结论第十一页，共四十九页，2022年，8月28日（3）光栅方程（4）布拉格公式k=0，1，2，···i：入射角：衍射角：掠射角第十二页，共四十九页，2022年，8月28日

例题用白光垂直照射在每厘米有6500条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角.解红光第三级光谱的张角第三级光谱所能出现的最大波长绿光紫光不可见第十三页，共四十九页，2022年，8月28日=0.5m的单色光垂直入射到光栅上，测得第3级主极大的衍射角为30o，且第4级为缺级。求：（1）光栅常数d；（2）透光缝最小宽度a；（3）对上述a、d

屏幕上可能出现的谱线数目。解：（1）d=3m

（2）缺4级a=0.75m

（3）k=0，

1，

2，

3，

59条！例题第十四页，共四十九页，2022年，8月28日=500nm的平行光以o=30o斜入射光栅，已知d=0.01mm求:（1）0级谱线的衍射角；（2）O点两侧可能见到的谱线的最高级次和总谱线数。解（1）（2）最高29级；共39条谱线例题O第十五页，共四十九页，2022年，8月28日平行白光（：400~760nm）垂直入射光栅（100线/mm，宽5cm），问：几级光谱开始发生重叠？解

100线/mm宽5cm设第m级开始重叠，则有第2级开始重叠！例题d=0.01mm第十六页，共四十九页，2022年，8月28日光的偏振第十七页，共四十九页，2022年，8月28日§14.1光的偏振状态XYZ光是特定频率范围内的电磁波。起光作用的是电场强度矢量，称为光矢量。光矢量的振动方向与光的传播方向垂直，这一特征称为光的偏振。偏振性是横波区别于纵波的重要特征。第十八页，共四十九页，2022年，8月28日光的偏振态自然光偏振光完全偏振光部分偏振光线偏振光椭圆偏振光圆偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动状态，各种振动状态称为光的偏振态。XYZ第十九页，共四十九页，2022年，8月28日一、完全偏振光E播传方向振动面线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：EEyEx

yx1、线偏振光线偏振光表示法：·····光振动垂直板面光振动平行板面·迎着光的传播方向看光矢量E第二十页，共四十九页，2022年，8月28日2、圆偏振光线、圆和椭圆偏振光完全偏振光、椭圆偏振光右旋椭圆偏振光右旋圆偏振光观测

0

y

yx

z传播方向

/2x某时刻右旋圆偏振光E随z的变化E观测第二十一页，共四十九页，2022年，8月28日为某个确定值的线偏振光的合成。右旋圆偏振光的合成。圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、传播方向一致、振动方向相互垂直、相位差线偏振光则可以看成是两束频率相同、相位相同、振幅相同、传播方向也相同的左、·第二十二页，共四十九页，2022年，8月28日二、完全非偏振光自然光垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。自然光的表示法：没有优势方向自然光的分解一束自然光可分解为两束振动方向相互不相干第二十三页，共四十九页，2022年，8月28日三、部分偏振光表示法：自然光和完全偏振光的混合，就构成了部分部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合，偏振光。分解不相干平行板面的光振动较强········垂直板面的光振动较强就是这种部分偏振光，天空中的散射光和水面的反射光它可以分解如下：第二十四页，共四十九页，2022年，8月28日四、偏振度Ip—部分偏振光中包含的完全偏振光的强度It—部分偏振光的总强度In—部分偏振光中包含的自然光的强度完全偏振光（线、圆、椭圆）

P=1自然光（非偏振光）

P=0部分偏振光

0<P<1偏振度：第二十五页，共四十九页，2022年，8月28日第二十六页，共四十九页，2022年，8月28日§14.2线偏振光的获得与检验一、起偏起偏的原理：利用某种光学的不对称性偏振片P（获得线偏振光）分子型：线栅起偏器入射电磁波起偏器：起偏的光学器件微晶型：·非偏振光线偏振光光轴电气石晶片··：从自然光获得偏振光（常用）第二十七页，共四十九页，2022年，8月28日第二十八页，共四十九页，2022年，8月28日第二十九页，共四十九页，2022年，8月28日二、线偏振光的检偏检偏：用偏振器件检验光的偏振态

若I不变，是什么光？

若I变，有消光，是什么光？

若I变，无消光，是什么光？然光混合而成的部分偏振光设入射光可能是自然光线偏振光或由线偏振光与自或旋转偏振化方向（通光方向）I?P待检光I?P待检光第三十页，共四十九页，2022年，8月28日检偏器起偏器第三十一页，共四十九页，2022年，8月28日第三十二页，共四十九页，2022年，8月28日三、马吕斯定律I0IPPE0E=E0cos马吕斯定律（1809）—消光自然光I0线偏振光IP偏振化方向（通光方向）···第三十三页，共四十九页，2022年，8月28日第三十四页，共四十九页，2022年，8月28日四、偏振片的应用偏振片的应用很多，例如：作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。制成偏光眼镜，可观看立体电影。作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。第三十五页，共四十九页，2022年，8月28日有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰第三十六页，共四十九页，2022年，8月28日立体电影利用偏振形成双眼视差效应，产生立体景象视觉效果用并排的两台摄影机拍摄，两放映机镜头分别放置偏振化方向互相垂直的偏振片，观众的立体眼镜为两个偏振化方向互相垂直的偏振片第三十七页，共四十九页，2022年，8月28日在两块正交偏振片之间插入另一块偏振片，光强为的自然光垂直入射于偏振片，讨论转动透过的光强与转角的关系.例题：第三十八页，共四十九页，2022年，8月28日若在间变化，如何变化？第三十九页，共四十九页，2022年，8月28日例题

一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一转动的偏振片时，透射光光强的最大值是最小值的

5倍。求入射光中自然光和线偏振光的光强各占入射光光强的几分之几？解设入射光光强为

I0，其中自然光光强为

I10，

线偏振光强度为

I20设通过偏振片后的光强分别为

I

，I1，I2第四十页，共四十九页，2022年，8月28日10202II=第四十一页，共四十九页，2022年，8月28日五、反射和折射时光的偏振自然光反射和折射后成为部分偏振光·······n1n2iir··S分量P分量反射光垂直入射面的分量（S）比例大，折射光平行入射面的分量（P）比例大，入射角i变反射、折射光的偏振度也变。第四十二页，共四十九页，2022年，8月28日第四十三页，共四十九页，2022年，8月28日i=i0时，反射光只有S分量：i0

—布儒斯特角或

起偏角i0

+r0=90

由

得布儒斯特定律·····n1n2i0i0r0线偏振光··S··第四十四页，共四十九页，2022年，8月28日例：外腔式激光管加布儒斯特窗减少反射损失则：若n1

=1.00（空气），n2=1.50（玻璃），·i0···········i0i0·激光输出布儒斯特窗M1M2·i0垂直分量损耗大，不能形成激光，但平行分量能形成激光。互余

空气→玻璃ïïþ°==¢-

73350.100.1tg