【文档说明】波动光学医学课件.ppt，共(80)页，604.523 KB，由小橙橙上传

转载请保留链接：https://www.ichengzhen.cn/view-245644.html

以下为本文档部分文字说明：

1波动光学2【掌握】单缝衍射、光栅衍射、和X射线衍射现象产生的条件和计算方法，马吕斯定律【了解】了解光的偏振和物质的旋光现象3第二节光的衍射一、光的衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理（一）光的衍射现象波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边缘前进，这种偏离直线传播的现象称为波的衍射现

象。45光绕过障碍物而偏离直线传播，并且出现光强度分布不均匀的现象称为光的衍射。光的单缝衍射现象所观察到的亮暗相间的条纹称为衍射图样。67（二）菲涅耳-惠更斯原理惠更斯原理:在波的传播过程中,波阵面(波前)上的每一点都可看作是发射子波的波源,在其后的任一时刻,这些子波的包迹就成为新的波

阵面。8在波的传播过程中,从同一波阵面上的各点发出的子波，经传播在空间某点相遇时，这些次级子波要相干叠加，这一点的振动即是相干叠加的结果。这个发展了的惠更斯原理称为惠更斯-菲涅耳原理。9菲涅耳衍射10夫

琅和费衍射11中央亮条纹衍射角12波阵面AB分割成小的波阵面称为波带。2个半波带，P点暗纹。fxtg=133个半波带，P点亮纹，亮度比中央亮条纹弱。144个半波带，P点暗纹。15对于某些方向，波阵面AB

不能分成整数个半波带，则光线会聚后得到的光强介于亮条纹和暗条纹之间。16暗纹条件：,...)3,2,1(22sin==kka亮纹条件：,...)3,2,1(2)12(sin=+=kka中央明纹位置：0=1718中央明条纹的半角宽度△θ0即第一暗纹的衍射

角。中央明纹的宽度△x：正负第一级暗纹的位置距离。11−+−=xxxaffftgxkk====+111sinafx−−1afx219第k级明纹的宽度：第k+1级暗纹与第k级暗纹的位置距离。afafk

afkxxxkk=−+−=+)1(1白色光照射单缝，中央条纹中间是白色边缘是彩带，两侧出现彩色条纹，靠内是紫光，靠外是红光。20例11-3：设有一单色平行光垂直照射于一单缝，若其第三级亮条纹位置正好和600nm的单色光的第二级亮条纹位置

相同，求单色平行光的波长。21解：根据单缝衍射亮条纹的条件：,...3,2,12)12(sin=+=kka2)132(2600)122('+=+nm6.428'=22三、衍射光栅（一）光栅常数由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅。一般常用

的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕不透光，相当狭缝。23光栅缝宽为a，缝间不透光部分宽度为b，d=a+b称为光栅常数。光栅常数一般为10-5～10-6m之间。abd2425光栅衍射为单缝衍射和多缝

干涉的总效应。26（三）光栅公式亮条纹的衍射角：,...2,1,0sin)(==+kkba27衍射级次限制：1sin单缝衍射暗纹条件：asin=±k'若同时在该处满足光栅主极大：(a+b)sin=k则这个主极大不亮,称为缺级.28暗的相干相长仍为暗！29kba=

+sin)(,...3,2,1sin''==kka,...3,2,1''=+=kkabak若(a+b)/a是整数，将发生缺级现象如a+b=3a，则第三级、第六级、...亮条纹不出现。30（四）衍射光谱1.光栅衍射光谱白光照射光栅时除中央

条纹为各色混合的白光外，其他各级的亮条纹都形成彩色的光谱带称为衍射光谱。31322.光栅衍射光谱与棱镜色散光谱的比较棱镜对白光有分光的色散作用，所形成的彩色光谱带称为色散光谱。33光栅衍射光谱与棱镜色散光谱的区

别：（1）衍射光谱是匀排光谱，棱镜色散紫光附近的光谱比红光附近的光谱展开得大些，是非匀排光谱。（2）衍射光谱中各谱线的排列次序由紫到红，而在棱镜的色散光谱中由红到紫，正好相反。343.光谱分析各种类型光源发出的光经光栅后形成的光谱：

炽热物体发射的光：连续光谱在火焰中加热或通过放电管中通电激发形成的原子发光，其谱线由一些明线组成，称为明线光谱。35让炽热物体所发出连续光谱的光，通过一定的物质后，再经过光栅，则在形成的光谱中出现一系列暗线，称为吸收光谱。36利用某种物质的明线光谱或吸收光谱的

谱线情况，可以定性地分析出该物质所含的元素或化合物，由谱线的强度可定量分析出所含元素的多少，这种分析方法称为光谱分析。37（五）闪耀光栅具有一定形状刻槽的反射光栅，能将能量较多地集中到所应用的那一级光谱带上，这种光栅称为闪耀光栅。38（六）光栅光谱仪用光栅作色散元件的单色仪、分光计和

摄谱仪等系统称为光栅光谱仪。常用光栅光谱仪有凹面光栅和平面光栅两种。39埃伯特光栅单色仪S'处摄谱为光栅摄谱仪40例11-4当红光垂直照射到每厘米有4000条刻线的透射光栅上，观察到第二级光谱线的衍射角360，求照射红光的波长。解：光栅常数：mcmd6105.240001−=

=nmkd735236sin105.2sin06===−41例11-5一光栅每毫米长有600条刻线，用波长为589nm的黄色光垂直照射，求各级光谱线的衍射角。解：光栅常数：md3106001=dk=sin42第一级光谱线k=1：

353.0sin1==d017.20=第二级光谱线k=2：706.02sin2==d0245=k=3：1059.13sin3==d只能得到二级光谱线。43例11-6设计一个平面透射光栅，使得该光栅能将光波波

长范围为430nm～680nm的光波的第一级衍射光谱展开为20.00的角度范围。解：nmnm68043021==11sin)(=+ba201)20sin()(=++banmba913)(=+44四、圆孔衍射艾里斑45Dfd22.12==光的衍射现象限制

了光学仪器的分辨本领。46五、X射线的衍射X射线：波长为0.01nm～10nm之间的电磁辐射，也称为伦琴射线。劳厄利用晶体原子的周期性排列作为X射线的光栅，成功进行X射线衍射实验。47劳厄斑（a）红宝石晶体（b）单晶硅48符合反射定律，且光程差符合布喇格公式的衍射子波加强。

,...2,1sin2==kkd49伦琴射线摄谱仪X射线光谱分析X射线晶体结构分析50第三节光的偏振一、光的偏振性（一）自然光由波的传播方向和波的振动方向所确定的平面称为波的振动面。光的振动方向在振动面内不具有对称性，这称为偏振。51横波和纵波都

可以产生干涉和衍射现象。只有横波才有偏振现象，这是横波区别于纵波的一个最明显的标志。52光振动：电场强度E的振动称为光振动。光波是横波。自然光：统计平均来看，无论哪一个方向的振动都不比其他方向更占优势，光矢量的振动在各方向的分布对称，振

幅相等。53自然光可看作是无数多个振幅相等、振动方向任意、彼此没有固定相位关系的光振动之和。54只有某有一确定方向振动的光称为线偏振光，简称为偏振光。若某一方向的光振动比与之相垂直方向上的光振动占优势，这种光称为部分偏振光。5556（二）偏振光起偏：把自然

光转化为偏振光。检偏：检查一光束是否是偏振光。二向色性：某些晶体对某一振动方向的光吸收强烈，而与这一方向垂直的光振动则很少吸收，这一现象称为二向色性。57利用晶体二向色性所制成的光学元件称为偏振片。偏振片通过光振动的方向称为偏振化方向。凡是能使自然光变成偏振光的装置称为起偏器。58B：检偏器5

9二、马吕斯定律22022020210coscos===EEEEII20cosII=马吕斯定律60例11-7设自然光强度为I0，通过偏振化方向成200夹角的两偏振片，问透过第二个偏振片的光强多大？解：002044.020cos2III==200I0I0/2I....61例11

-8以强度为I0的偏振光入射一检偏器，若要求透射光的强度为原光强的三分之一，求起偏器和检偏器的两个偏振片的偏振化方向之间的夹角为多少？62解：θI0I0/3....200cos3II=0007.2343.1257.54或或=63三、光的双折

射现象（一）双折射现象当光入射到各向异性介质，折射光将分裂成为两束光线，这种现象称为双折射现象。64寻常光：遵守折射定律的折射光。简称O光。非常光：不遵守折射定律的折射光。简称e光。光轴：沿着该方向，O光e

光折射率相等，传播速度相等。晶体内任一条与光轴方向平行的直线都可以表示光轴。65晶体中只有一个光轴方向的晶体称为单轴晶体，如方解石、石英等。有些晶体具有两个光轴方向称为双轴晶体。如云母、硫黄等。66在晶体中，由光轴和晶体表面的法线所组

成的平面，称为晶体的主截面。某光线的传播方向和光轴所组成的平面，称为该光线的主平面。67在垂直于晶体光轴的方向上，O光折射率与e光的折射率差最大，这一方向上e光的折射率ne称为e光的主折射率。O光和e光都是偏振光，O光振动方向垂直于主平面，e光振动方向平行于主平面。当光轴位于入射面内时，两

个主平面互相重合。68（二）尼科耳棱镜一种用单轴晶体制成的偏振棱镜。6970O光折射率大于加拿大树胶的折射率，而e光的折射率在此方向上小于树胶的折射率，O光在加拿大树胶界面发生全反射。可用尼科耳棱镜起偏和检偏。71A：起偏器B：检偏器7

2四、物质的旋光性（一）旋光现象某些物质，如石英晶体、有机物质的溶液等，当偏振光透过时，光的振动面会以光的传播方向为轴旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象。能产生旋光现象的物质称为旋光物质。7374测量物质旋光性和旋光率的仪器称为旋光仪器，又称偏振计。面对入射方向观察，

使偏振光的振动面沿顺时针方向旋转的物质，称为右旋物质。反之称为左旋物质。75同一旋光物质对不同波长的光，振动面的旋转角度是不同的，这种现象称为旋光色散。波长短的光，旋转角度大。76对于一定波长的单色偏振光通过旋光物质后，振动面旋转的角度：d=α：物质的旋光

率，也称比旋度d：光通过物质的厚度77对于一定物质的溶液，振动面旋转的角度：CdtD][=：温度为t时，D指钠光（λ=589.3nm），物质的旋光率tD][+：右旋，-：左旋单位：Φ：度C：g/cm3d：dm78（二）旋光计1：滤光片，2：透镜，3：起偏器，4：半荫板，5玻璃

管，6检偏器，7目镜79三荫板80谢谢！