大学物理下光衍射偏振
光的衍射和光的偏振
光的衍射和光的偏振一、光的衍射光的衍射是光线遇到障碍物或通过狭缝时出现弯曲、扩散的现象。
光线传播时会受到物体的干扰，使光线发生弯曲并在阻隔物后形成衍射图样。
这种现象可以用海森堡原理来解释，即在有限的时间内，光线的位置和速度无法同时确定，因而光线在传播过程中会出现分散和散射的情况。
1. 衍射的条件光的衍射需要满足以下两个条件：a) 光波的波长与被衍射物体的尺寸相当；b) 光波遇到的物体具有透明性。
2. 衍射的特点光的衍射具有以下特点：a) 光的衍射发生时，光线会改变方向，并形成暗纹和亮纹的衍射图样；b) 衍射图样的形状与衍射光的波长和衍射物体的形状有关；c) 大尺寸的物体能够产生宽衍射纹，小尺寸的物体则产生窄衍射纹。
3. 应用衍射现象在日常生活和科学研究中有着广泛的应用。
例如：a) 衍射技术在天文观测中被用来研究恒星的性质和行星的轨道；b) 衍射现象也被应用于显微镜和望远镜的设计，提高光学仪器的分辨率；c) 衍射技术在数字图像处理和光学信息存储等领域起着重要作用。
二、光的偏振光的偏振是指光波中的电磁振动仅在一个特定方向上进行的现象。
在自然光中，光波的电场矢量在垂直于传播方向的平面上振动，可以沿任意方向传播。
而偏振光则限制了电场矢量的振动方向。
1. 光的偏振现象当光通过偏振片或晶体等介质时，会发生偏振现象，使光的电场矢量只在某一特定方向上振动。
根据振动方向的不同，光的偏振可分为线偏振光、圆偏振光和椭偏振光。
2. 偏振的方式光的偏振可以通过以下几种方式实现：a) 自然光经过滤波器或反射器等产生偏振光；b) 通过物质的吸收、散射或反射，使特定方向的电场分量占优势而产生偏振光；c) 通过偏振器材料的特殊结构，例如偏振片或偏光棱镜等。
3. 应用光的偏振在生活和科学研究中有着广泛的应用。
例如：a) 偏振片被广泛应用于太阳镜、墨镜等眼镜制品，以防止强光的干扰；b) 偏振光在显微镜和光学显微镜中用于观察材料的结构和性质；c) 光的偏振还广泛应用于通信、显示技术和激光器等领域。
光学知识点光的衍射与偏振
光学知识点光的衍射与偏振光学知识点：光的衍射与偏振在光学的奇妙世界中，光的衍射与偏振是两个十分重要且有趣的现象。
它们不仅揭示了光的波动性本质，还在许多领域有着广泛的应用。
让我们先来聊聊光的衍射。
当光遇到障碍物或者通过狭窄的缝隙时，不再沿着直线传播，而是会发生弯曲并扩散开来，这种现象就被称为光的衍射。
想象一下，我们有一束平行的光线，当它们遇到一个很小的缝隙时，原本应该直直地通过，但实际上，光会在缝隙后面形成一个类似于扇形的图案。
这就好像光“绕过”了障碍物，跑到了原本不该到达的地方。
这种现象在日常生活中也能观察到。
比如，当阳光透过树叶的缝隙照射到地面上时，形成的光斑并不是规则的圆形，而是有着模糊的边缘，这就是光的衍射在起作用。
光的衍射现象可以用惠更斯原理来解释。
惠更斯原理指出，波面上的每一点都可以看作是一个新的波源，它们各自发出球面波。
这些新的波源发出的波在传播过程中相互叠加，就形成了新的波面。
在光的衍射中，缝隙边缘的点就相当于新的波源，它们发出的光波相互干涉，从而导致了光的弯曲和扩散。
衍射现象还与波长和障碍物或缝隙的尺寸有关。
一般来说，波长越长，衍射现象越明显；障碍物或缝隙的尺寸越小，衍射现象也越显著。
这是因为当波长与障碍物或缝隙的尺寸相当时，光的波动性表现得更加突出。
光的衍射在许多领域都有着重要的应用。
在光学仪器中，如显微镜和望远镜，衍射会限制其分辨率。
为了提高分辨率，科学家们不断地研究和改进光学系统，以减小衍射的影响。
在通信领域，衍射原理被用于无线信号的传播和接收，帮助我们实现更稳定和高效的通信。
接下来，我们再谈谈光的偏振。
光其实是一种电磁波，而电磁波是横波，这意味着它的振动方向与传播方向垂直。
光的偏振就是指光的振动方向具有一定的规律性。
普通的自然光，比如太阳光，其振动方向是随机的，在各个方向上均匀分布。
而偏振光则是振动方向相对固定的光。
我们可以通过一些特殊的方法来获得偏振光，比如使用偏振片。
大学物理《光的偏振、衍射》习题课课件
( AC BD) (a b)(sin sin ) k (2).
水平线下方的角度取负号即可。
11
6. 以波长为 = 500 nm (1 nm = 10-9 m)的单色平行光斜入射在光栅常数为
d = 2.10 mm、缝宽为a = 0.700 mm的光栅上，入射角为i = 30.0°，求能看
成的半波带数目为
(A) 2 个． (B) 4 个． (C) 6 个． (D) 8 个．
答案：(B)
根据半波带法讨论，单缝处波阵面可分成的半波带数
目取决于asin 的大小，本题中
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
a 4, 300.
a sin 2 4 ,
2
满足单缝衍射暗条纹的公式： a sin 2k , (k 1,2...)
到哪几级光谱线．
解：(1) 斜入射时的光栅方程
光栅 透镜
屏
G L2
C
d sin i
d sin d sin i k k = 0，±1，±2，…n
第k 级谱线
n
i
分析在900 < < 900 之间，可呈现的主极大：
i = 30°，设 = 90°， k = kmax1，则有
d sin
kmax1 (d / )(sin 90 d sin 30) 2.10
解： a b 1 mm 3.33μm 300
(1) (a + b) siny =k， ∴ k= (a + b) sin24.46°= 1.38 mm
∵ R=0.63─0.76 mm， B＝0.43─0.49 mm，第二级开始会有谱线重叠。
对于红光，取k=2 , 则 R=0.69 mm； 对于蓝光，取k=3, 则 B=0.46 mm.
大学物理波动光学总结资料
大学物理波动光学总结资料波动光学是指研究光的波动性质及与物质相互作用的学科。
在大学物理中，波动光学通常包括光的干涉、衍射、偏振、散射、吸收等内容。
以下是波动光学的一些基本概念和应用。
一、光的波动性质1.光的电磁波理论。
光是由电磁场传输的波动，在时空上呈现出周期性的变化。
光波在真空中传播速度等于光速而在介质中会有所改变。
根据电场和磁场的变化，光波可以分为不同的偏振状态。
2.光的波长和频率。
光波的波长和频率与它的能量密切相关。
波长越长，频率越低，能量越低；反之亦然。
3.光的能量和强度。
光的能量和强度与波长、频率、振幅有关。
能量密度是指单位体积内的能量，光的强度则是表征单位面积内能量流的强度。
二、光的干涉1.干涉的定义。
干涉是指两个或多个光波向同一方向传播时，相遇后相互作用所产生的现象。
2.杨氏双缝干涉实验。
当一束单色光垂直地照到两个很窄的平行缝口上时，在屏幕上会出现一系列互相平衡、互相补偿的亮和暗的条纹，这种现象就叫做杨氏双缝干涉。
3.干涉条纹的间距。
干涉条纹的间距与光波的波长、发生干涉的光程差等因素有关。
4.布拉格衍射。
布拉格衍射是一种基于干涉理论的衍射现象，用于分析材料的晶体结构。
三、光的衍射1.衍射的定义。
衍射是指光波遇到障碍物时出现波动现象，其表现形式是波动向四周传播并在背面出现干涉现象。
2.夫琅和费衍射。
夫琅和费衍射是指光波通过一个很窄的入口向一个屏幕上的孔洞传播时，从屏幕背面所观察到的特征。
孔洞的大小和形状会影响到衍射现象的质量。
3.斯特拉斯衍射。
斯特拉斯衍射是指透过一个透镜后，将光线聚焦到一个小孔上，然后在背面观察到的光的分布情况。
4.阿贝原则与分束学。
阿贝原则是指光学成像的基本原理，根据这个原理，任意一个物体都可以被看作一个点光源阵列。
分束学是将任意一个物体看作一个点光源阵列，在分别聚焦到像平面后重新合成图像。
四、光的偏振1.偏振的定义。
偏振是指光波的电场振动在一个平面内进行的波动现象。
光学中的光的偏振与衍射
光学中的光的偏振与衍射光的偏振与衍射是光学领域中重要的概念。
光的偏振指的是光的电场振动方向，在不同的介质中传播时会发生变化。
而光的衍射是指光线经过一个绕射物体或者通过孔隙时产生的光的分散现象。
本文将介绍光的偏振和光的衍射的基本原理和应用。
一、光的偏振光的偏振是指光波中电场振动方向的变化。
一般来说，自然光是无偏振的，它的电场振动方向在各个方向上都是不确定的。
但是在某些情况下，光的振动方向会被限制在一个平面上，这就是偏振光。
光的偏振可以通过偏振片来实现。
偏振片是具有规则排列的分子链，当自然光通过偏振片时，只有与分子链排列方向相同的光能够透过，而其他方向的光则被阻挡。
因此，偏振片可以将自然光转化为偏振光。
光的偏振在许多领域中都有重要应用，例如显微镜、光学检测和光通信等。
通过控制光的振动方向，可以实现更精确的成像、检测和通信。
二、光的衍射光的衍射是指光线通过一个绕射物体或者通过一个孔隙时产生的光的分散现象。
当光线遇到一个绕射物体时，它会发生弯曲并从不同的方向分散出去。
这种现象可以用傍晚夕阳下窗户的模样来形象地理解。
光的衍射现象在日常生活中也有很多应用。
例如，CD、DVD等光盘的读取原理就是利用了光的衍射现象。
当激光光束照射在光盘表面刻有微小螺纹的部分时，光线会发生衍射，通过检测衍射光的强度和相位变化，可以将光盘上的信息解码。
此外，光的衍射还广泛应用于干涉仪、衍射望远镜等光学设备中。
通过精确地控制光的干涉和衍射现象，可以实现高分辨率的成像和测量。
三、光的偏振与衍射的关系光的偏振和衍射是密切相关的。
当偏振光通过一个孔隙或者绕射物体时，它的振动方向会发生变化，导致光的分散现象。
同样，通过控制光的偏振状态，也可以改变光的衍射效果。
例如，在光学应用中常用的偏振衍射光栅就是通过通过光的偏振和衍射相结合的技术实现的。
偏振衍射光栅可以将不同偏振方向的光分散到不同的位置，从而实现光的分光和调制。
此外，通过使用偏振光进行光的衍射实验，还可以研究物质的光学性质和结构。
光学中的光的衍射与光的偏振知识点总结
光学中的光的衍射与光的偏振知识点总结光学作为物理学的一个重要分支，研究的是光的本质和光的行为。
其中，光的衍射和光的偏振是光学领域中的两个重要概念。
本文将对光的衍射和光的偏振进行知识点总结。
一、光的衍射光的衍射是指当光通过一个孔径或者是通过物体的边缘时，光波会发生弯曲并产生扩散现象。
光的衍射现象是由于光波的波动性质而产生的。
1. 衍射的基本原理衍射的基本原理是光波的干涉原理。
当光波通过一个孔径或者物体边缘时，波前会因为波的传播而扩散，扩散的过程中会与自身的其他波前相互干涉，形成干涉图样。
2. 衍射的特点- 衍射是波动现象，不仅仅限于光波，在声波、水波等波动现象中同样存在衍射现象。
- 衍射是光通过小孔、边缘等物体时产生的，但并不是所有光通过小孔或边缘都会发生衍射，必须满足一定的条件。
- 衍射现象的特点是光波的传播方向会发生改变，形成扩散的波前。
3. 衍射的应用- 衍射方法可以测量光的波长，例如夫琅禾费衍射。
- 借助衍射现象可以实现光的分光，例如菲涅尔衍射。
- 衍射也广泛应用于光学仪器的设计，可用于消除光学系统的像差。
二、光的偏振光的偏振是指光波中的电磁场矢量在传播过程中只在振动方向上具有确定性。
在光学中，光的偏振是指光波中电场振动方向的特性。
1. 光的偏振方式根据光波中电场振动方向的变化，可以将偏振分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种主要方式。
- 线偏振：电场振动方向保持不变的偏振方式。
- 圆偏振：电场振动方向绕光传播方向旋转的偏振方式。
- 椭圆偏振：电场振动方向沿椭圆轨迹变化的偏振方式。
2. 偏振的产生机制偏振的产生可以通过偏振片、反射、折射和散射等方式实现。
其中，偏振片是最常见的用以产生线偏振光的方法。
3. 偏振的应用- 偏振在光学成像领域有广泛应用，例如显微镜中的偏振光显微镜，可用于观察和分析有光学各向异性的样品。
- 通过偏振可以实现光的消光、偏振衍射等实验现象，进一步研究光的特性和物质的性质。
总结：光学中的光的衍射和光的偏振是两个重要的知识点。
(完整word)大学物理教案 光的干涉、衍射与偏振
教学目标 掌握惠更斯-菲涅耳原理；波的干涉、衍射和偏振的特性,了解光弹性效应、电光效应和磁光效应。
掌握相位差、光程差的计算,会使用半波带法、矢量法等方法计算薄膜干涉、双缝干涉、圆孔干涉、光栅衍射。
掌握光的偏振特性、马吕斯定律和布儒斯特定律，知道起偏、检偏和各种偏振光。
教学难点 各种干涉和衍射的物理量的计算。
第十三章 光的干涉一、光线、光波、光子在历史上，光学先后被看成“光线"、“光波”和“光子”，它们各自满足一定的规律或方程，比如光线的传输满足费马原理，传统光学仪器都是根据光线光学的理论设计的。
当光学系统所包含的所有元件尺寸远大于光波长时(p k =)，光的波动性就难以显现，在这种情况下,光可以看成“光线”，称为光线光学,。
光线传输的定律可以用几何学的语言表述，故光线光学又称为几何光学。
光波的传输满足麦克斯韦方程组，光子则满足量子力学的有关原理。
让电磁波的波长趋于零,波动光学就转化为光线光学，把电磁波量子化，波动光学就转化为量子光学。
二、费马原理光线将沿着两点之间的光程为极值的路线传播，即(,,)0QPn x y z ds δ=⎰三、光的干涉光矢量（电场强度矢量E )满足干涉条件的，称为干涉光。
类似于机械波的干涉，光的干涉满足:222010*********cos()r r E E E E E ϕϕ=++-1020212cos()r r E E ϕϕ-称为干涉项,光强与光矢量振幅的平方成正比，所以上式可改写为:12I I I =++(1—1）与机械波一样，只有相干电磁波的叠加才有简单、稳定的结果，对非干涉光有：1221,cos()0r r I I I ϕϕ=+-=四、相干光的研究方法（一)、光程差法两列或多列相干波相遇，在干涉处叠加波的强度由在此相遇的各个相干波的相位和场强决定。
能够产生干涉现象的最大波程差称为相干长度(coherence length ）。
设光在真空中和在介质中的速度和波长分别为,c λ和,n v λ，则,n c v νλνλ==，两式相除得n vcλλ=，定义介质的折射率为： c n v=得 n nλλ=可见，一定频率的光在折射率为n 的介质中传播时波长变短，为真空中波长的1n倍.光程定义为光波在前进的几何路程d 与光在其中传播的介质折射率n 的乘积nd .则光程差为(1)nd d n d δ=-=-由光程差容易计算两列波的相位差为21212r r δϕϕϕϕϕπλ∆=-=-- （1—2)1ϕ和2ϕ是两个相干光源发出的光的初相。
了解光的衍射和偏振
了解光的衍射和偏振光是一种波动现象，具有特定的波动性质，其中两个重要的属性是衍射和偏振。
了解光的衍射和偏振对于深入理解光的本质和应用具有重要意义。
本文将介绍光的衍射和偏振的基本概念、特性以及相关的应用。
一、光的衍射光的衍射是光波在通过一个有遮挡物的小孔或物体边缘时发生偏离直线传播的现象。
当光通过一个小孔时，光波会扩散并产生干涉现象，从而形成衍射图样。
衍射图样的大小和形状取决于光波的波长和孔的尺寸。
衍射现象在日常生活中很常见。
比如，在日出或日落时，太阳光通过大气层的衍射会产生美丽的红色光晕。
另外，蜂窝状的蓝天也是由于光的衍射效应而产生的。
衍射对于光学仪器和技术的应用有着重要的意义。
例如，显微镜和望远镜的分辨率取决于光的衍射极限。
此外，光的衍射也被广泛应用于激光、光纤通信以及干涉仪器等领域。
二、光的偏振偏振是指光波在传播过程中振动方向的限制。
普通光是由各种振动方向的光波构成的，而偏振光则是在一个特定的方向上振动的光波。
光的偏振可以通过偏振片来实现。
偏振片是一种具有长链分子结构的材料，可以选择性地吸收振动方向垂直于其自身的光波。
当普通光通过偏振片时，只有与偏振片的方向相同的光波能够透过，其他方向的光则被吸收。
偏振光在许多领域中具有广泛的应用。
例如，在光学显微镜中，使用偏振光可以改善对物体细节的观察效果。
此外，偏振光还可以用于液晶显示器、摄像机镜头、太阳镜等产品中。
三、光的衍射和偏振的联系尽管衍射和偏振是两种不同的光现象，但它们之间存在联系。
当光波通过具有洛伦兹因子的介质时，光的振动方向会发生变化，从而影响光的传播与衍射。
光的偏振状态可以影响衍射现象的特性。
特定偏振方向的光波在通过狭缝或物体边缘时可能经历更大的衍射效应，而与之垂直的方向则可能受到抑制。
因此，通过调整光的偏振状态可以控制衍射的效果，提高衍射图样的分辨率和对比度。
四、光的衍射和偏振的应用光的衍射和偏振在许多实际应用中具有重要作用。
以下是一些示例：1. 衍射光栅：光的衍射栅是一种具有周期性结构的光学元件，可以将入射光波分解成多个方向上的光束。
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0
2
b
线宽度 x0
2
b
f
明条纹宽度 x f
b
斜入射：
A
a
0, 中央明纹
D
a(sin
sin )
2k
2
,
k
1,2,暗纹
B
C
（2k
1）
2
,
k 1,2,明纹
,在法线上方取正，在法 线下方取负。
条纹位置：
ftg , 中央明纹
x
ftg
2k
f
2
,
k
1,2,暗纹
（2k
1）f
2
,
k
1,2,明纹
k 1,2（1） 2 又因为 sin x （2）
f
x
x o f
由式（1），式（2）得，
(x) 处波长为 2bx
f (2k 1)
在可见光范围内，满足上式的光波：
k 1, 1 1000nm
(x 1.5mm, f 50cm) x
k 2, 2 600nm (符合)
k 3, 3 420nm (符合)
3．光学仪器的分辩率
最小分辨角min
1,22
D
分辨率
R 1 D
min 1.22
4、x射线衍射－－布拉格衍射公式
2d sin k k 1、2
――掠射角；d――晶格常数
第二部分：光的偏阵 1、偏振态
自然光、偏振光、部分偏振光
2、马吕斯定律 I I0 cos 2
自然光通过偏振片后，强度为
1 2
x o
k 4, 4 333nm
f
可允许在屏上x=1.5mm处的明纹为波长
600nm的第二级衍射和波长为420nm的第三
级衍射
（2）此时单缝可分成的波带数 分别是 k 2,时 为 2k 1 5
k 3,时 为 2k 1 7
讨论：当单缝平行于透镜（屏）上下微小 平移时，屏上的条纹位置是否也随之移动.
k 4,8,12缺级 中央明纹中有7个主极大
讨论下列光线的反射和折射.
i0
i0
i0
i
i
i
四、计算
1．单缝衍射，缝宽b=0.5mm， 透镜焦距f=50cm，以白光垂直 入射，观察到屏上 x=1.5mm明纹中心
求：（1）该处光波的波长
（2）此时对应的单缝所在处的波阵面分成
的波带数为多少？ 解（1）由单缝衍射明 纹条件得b sin (2k 1)
x o
f
（1）由 (a b)sin k得明纹
中心位置 因为sin xk
f
xk a b fk
条纹间距
x xk1 xk
ab
f
24 103 m
（2）欲求在单缝中央
x
明纹范围内有多少条明 纹，需知缺级条件
x o
f
因为 k a b k' 5k' ，即出现缺级现象 a
所以，在单缝中央明级范围内可以看到9 条明纹(-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4)x
光的衍射 光的偏振复习课
一、基本要求
1．了解惠更斯—菲涅耳原理
2．掌握单缝夫琅禾费衍射的条纹分布，以 及缝宽，波长等对衍射条纹的影响
3．理解光栅衍射方程，会分析光栅常数，
光栅缝数N等对条纹的影响
4．理解线偏振光获得和检验的方法，马吕 斯定律
二、基本内容
第一步分 光的衍射
1．单缝夫琅禾费衍射
（1）半波带法的基本原理
a、垂直入射
（1）最大级数
d sin k
最高级次 ，k
2
(2) 谱线缺级：
d
非整整数数，k，mkamx ax
k
1 [k]
缺级条件：a sin
(a b)
k
sin
'
,k
k
0,1,2
当实k 际 a亮 b纹k数' 目d k:'
a
a
(nk
'2k1,ma2x, 1) 缺缺级级数目
b、斜入射
位置不变！为什么？
2．双缝干涉实验中，缝距a b 0.4mm ，
缝宽a 0.08mm，即双缝（N=2）的衍射，
透镜焦距f=2.0m，求当 480nm 光垂直
入射时，
（1）条纹的间距
（2）单缝中央亮纹范围内的
明纹数目（为什么要讨论这一
问题？）
x
解：分析
双缝干涉却又受 到每一缝（单缝） 衍射的制约，成为 一个双缝衍射， (图示衍射图样)
a、各主极大的位置
（1）角位置：(a b)sink k
当 角很小时
k
~
s in k
k
ab
（2）线位置 xk
ftg k
f
sink
kf
ab
b、相邻主极大的间距
（1）角间距 （2）线间距
k
k1
k
ab
f
xk xk1 xk a b
（5）斜入射时的光栅方程
d(sin sin ) k
（6）屏上最多可以看到的主极大的条数
（1）可观测到的最大级数
上 (a b)(sin 1) k1
k1
d (s in
1)
整数，k1max 非整数，k1max
k1 1， [k1]
下 (a b) (sin 1) k2
k2
d (s in
1)
非 整整 数数 ，k，2km2amx ax
k2 1， [k2]
（2）共可观测到 k1max k2max 1 缺级数目
I
0
3、布儒斯特定律：
i0
0
2
tgi0
n2 n1
三、讨论
1．由下列光强分布曲线，回答下列问题
各图的 a b等于多少？有 哪些缺级? a
I
I0
ab
2
a
o
sin k 2,4,6 ……缺级
图（a）
中央明纹中有3个主极大
各图的 a b等于多少？有哪些缺级?
a
I I0
o
sin
图（b）
N 4 b b 4 b
（2）明暗条纹的条件
b sin k
b sin (2k 1) b sin
2
k 1,2暗纹中心 k 1,2明纹中心 中央明纹
（3）明暗纹中心的位置
0 (中央明纹)
x
k
a
(2k
f
1)
(暗纹中心)
f (明纹中心)
2a
( k 1,2,3)
（4） 条纹宽度
中央明条宽度：角宽度
2．衍射光栅
（1）光栅衍射是单缝衍射和各缝干涉的总
效果 （2）光栅方程
d ab 1 N
(a b)sin k k 0,1,2,
（3）缺级条件，当
(a b)sin k k 0,1,2,
a sin k k' 1,2,
同时成立时，衍射光第 k 级缺
级且 k a b k'
（4）各主极大的位置
x光垂直入射光 栅，已知第二级，第三级明纹 分别位于sin 2 0.2与sin 3 0.3 处，且第4级缺级，求
（1）光栅常数（ a b）和缝宽a
（2）在屏上实际显示的全部级数为多少？
（3）若以 i 30角倾斜入射光栅，在屏上
显示的全部级数为多少
解（1）由光栅方程，有
(a b)sin k
已知 (a b)sin2 2
(a b)sin3 3
得 a b 6104m
又因第4级缺级，则由k
a b k，
得