光的衍射和偏振
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。
光的衍射与偏振
光的衍射与偏振光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在传播的过程中，光会经历一系列的现象和效应，其中包括衍射和偏振。
一、光的衍射光的衍射是光波在通过狭缝或物体边缘时发生偏折的现象。
衍射可以解释许多日常观察到的现象，比如水波传播时通过狭缝后波纹的扩散现象。
光的衍射也是波动光学的基本现象之一。
衍射的程度受到波长和衍射物体尺寸的影响。
当波长与物体尺寸相当或物体尺寸较小时，衍射效应较明显。
衍射现象的具体表现形式有：1. 单缝衍射：当光波通过一个狭缝时，光波会在狭缝边缘发生衍射，形成一系列亮暗相间的衍射条纹。
2. 双缝干涉衍射：当光波通过两个狭缝时，光波会在两个狭缝间发生干涉和衍射，产生一系列明暗相间、间隔均匀的干涉条纹。
这是由于两个狭缝形成的光波在空间中叠加干涉的结果。
3. 点源衍射：一个点光源通过狭缝后，光波会在狭缝边缘发生衍射，形成一个中央明亮的点，周围逐渐变暗的衍射图样。
衍射现象的研究不仅在光学领域中有重要应用，也在其他领域中有广泛影响，比如衍射光栅在光谱分析中的应用。
二、光的偏振光的偏振是光波的振动方向限制在一个平面上的现象。
光的偏振可以通过一些材料或器件来实现，一般分为线偏振和圆偏振两种形式。
1. 线偏振：线偏振光的振动方向限制在一个平面上，可以通过偏振片或波片等器件来实现。
线偏振光可以用于许多应用，比如液晶显示器中的偏振片，可以使特定方向的光线透过，从而显示出具体的图像和信息。
2. 圆偏振：圆偏振光的振动方向沿着一个圆弧运动，可以通过偏振片和波片的组合来实现。
圆偏振光在光学显微镜和激光器等领域有着广泛的应用。
光的偏振现象在许多领域中起着重要的作用，例如光学通信中的光纤偏振特性的研究。
总结光的衍射和偏振是光学中的重要现象。
衍射是光波在通过狭缝或物体边缘时发生偏折的现象，可以解释波动现象，如光的干涉。
偏振是光波的振动方向限制在一个特定平面上的现象，可以通过适当的器件来实现。
光的衍射和偏振在许多应用中都起着关键的作用，对于深入理解光的性质和应用具有重要意义。
光的偏振与衍射知识点总结
光的偏振与衍射知识点总结光的偏振和衍射是光学中的重要概念和现象，它们在许多领域中都有广泛的应用。
本文将对光的偏振和衍射的知识点进行总结和解析，帮助读者更好地理解和掌握这些内容。
一、光的偏振光的偏振是指光波振动方向的特性。
在自然光中，光波的振动方向是各向同性的，即在任意方向上都有振动。
而经过某些介质的作用后，光可以变成具有特定振动方向的偏振光。
光的偏振可以通过偏振镜或偏振片实现。
在偏振光中，光波的电场振动方向垂直于光传播的方向。
常见的偏振光有线偏振光和圆偏振光。
线偏振光的电场振动方向只在一个平面上，圆偏振光的电场振动方向则以圆轨迹旋转。
光的偏振在许多领域中都有应用，如光通信、偏振显微镜、液晶显示等。
它可以提供更好的光学性能和更高的图像分辨率。
二、光的衍射光的衍射是指光波通过障碍物或孔径后产生的干涉现象。
当光波通过孔径时，会发生弯曲和弯折，使得光波以某种方式传播并形成干涉图案。
光的衍射是光的波动性质的重要体现。
根据衍射的不同形态，可以将其分为菲涅尔衍射和弗朗宁衍射。
菲涅尔衍射是指光波通过不同孔径大小的圆形孔产生的衍射现象；弗朗宁衍射是指通过狭缝产生的衍射现象。
此外，光的衍射还包括单缝衍射、双缝衍射和衍射光栅等形式。
光的衍射在光学中有广泛的应用。
例如，通过光的衍射可以分析光波的频谱成分，用于光谱分析和光学检测。
此外，利用衍射现象还可以实现激光的调制与控制，应用于激光工程和光通信等领域。
三、偏振与衍射的关系光的偏振和衍射之间存在密切的关系。
当偏振光通过衍射物体时，衍射现象会影响光的偏振性质。
例如，当线偏振光通过狭缝时，由于衍射的作用，光的振动方向会发生变化。
这种现象又称为Huygens-Fresnel原理。
此外，还可以利用偏振光的偏振特性来控制光的衍射。
通过选择不同方向的偏振光，可以实现对衍射图案的调制和改变。
这一技术在激光显示、光存储等领域具有重要应用价值。
总结：光的偏振和衍射是光学中的重要知识点。
光的偏振是指光波振动方向的特性，可以通过偏振片实现。
光的衍射、光的偏振 课件
【规范解答】选D.光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光， 而振动沿着特定方向的光就是偏振光，但自然光和偏振光都能 发生干涉、衍射，所以A错．光的偏振现象并不罕见，除了从 光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏 振光，所以B错．光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向 无关，所以C错．自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底 片感光,D正确.
（3）泊松亮斑：障碍物的衍射现象. 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不 清.若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现 在阴影中心有一个_亮__斑__，这就是著名的泊松亮斑. 2.产生明显衍射现象的条件 障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长_相__比__，甚至比光的波长还 要_小__.
偏振光
光的来源
直接从光源 发出的光
自然光通过起偏器后的 光或由某种介质反射或 折射的光
在垂直于光的传播方
在垂直于光的传播方向
光的振 动方向
向的平面内，光振动沿所 的平面内，光振动沿某 有方向，且沿各个方向振 个特定方向（与起偏器 动的光波的强度都相同 透振方向一致）
【特别提醒】 (1)生活中除光源直接发出的光外，我们看到的 绝大部分光都是偏振光，如自然光射到水面时的反射和折射光 线，尤其是二者互相垂直时，都是典型的偏振光，并且是完全 偏振光，振动方向相互垂直. (2)只有横波才能发生偏振现象，光是横波.
3.光的衍射现象和光的直线传播的关系 光的直线传播只是一个近似的规律，当光的波长比_障__碍__物__或_小__ _孔__尺寸小的多时，光可以看成沿直线传播；在小孔或障碍物尺 寸可以跟波长相比，甚至比波长还要小时，_衍__射__现象就十分明 显.
二、光的偏振 1.偏振现象 （1）自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着 在垂直于传播方向上沿_一__切__方__向__振__动__的光，而且沿各个方向振 动的光波的_强__度__都相同. （2）偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，在垂直于传播 方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光.自然光在玻璃、 水面、木质桌面等表面的反射光和折射光都是_偏__振__光，入射角 变化时偏振的程度也有所变化. （3）只有横波才有偏振现象.
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。
光的衍射与偏振
f
光栅常数
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二、光栅的衍射规律
光栅每个缝形成各自的单缝衍射图样。 光栅缝与缝之间形成的多缝干涉图样。 光栅衍射条纹是单缝衍射与多缝干涉的总效果。
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1、光栅方程
任意相邻两缝对应点在衍射 角为 方向的两衍射光到达 P点的光程差为(a+屏 P
d
o
位相差：
0 1.22 D
最小分辨角的倒数称为光学仪器的分辨率
1 D R 0 1.22
D为光学仪器的透光孔径
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1990年发射的哈勃太空望远镜的凹面物镜的直径为2.4 m, 最小分辨角θ=0.1“在大气层外615 km 高空绕地运行,可观 察130亿光年远的太空深处,发现了500亿个星系。
解 (1)
(a b) sin k k ( a b) 6μm sin
k 4, 取k 1
(a b ) (2)k k a
amin
ab 1.5μm b d amin 4.5μm 4
36
(3)由光栅方程 sin 1，k kmax
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例题：在通常亮度下，人眼瞳孔直径约为3mm，问人眼 的最小分辨角是多大？如果在黑板上画两条平行线相距 2mm，问距黑板多远的同学恰能分辨？ （以视觉最灵敏的黄绿光=550nm来讨论）
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光栅
§11-9
一 光栅
光栅衍射
1.光栅:大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学元件
衍射角
L
P
Q
o
2.光栅常数 a 是透光(或反光)部分的宽度 b 是不透光(或不反光)部分的宽度 d=a+b
2x 3紫
3 7 x 紫 1.5 4 10 m 600nm 2
光的衍射和偏振
偏振片：只允许沿着某个方向振动的光 偏振片：只允许沿着某个方向振动的光 某个方向 波通过 透振方向 自然光： 自然光：包含着在垂直于传播方向上沿 一切方向振动的光 太阳光，灯光等） 振动的光（ 一切方向振动的光（太阳光，灯光等） 偏振光：只沿着某个特定方向 某个特定方向振动的光 偏振光：只沿着某个特定方向振动的光
4.衍射光栅（了解）
光栅：由许多等宽的狭缝， 光栅：由许多等宽的狭缝，等距离地排 列起来形成的光学元件 作用：使衍射条纹宽度变窄亮度增加 作用： 种类：透射光栅， 种类：透射光栅，反射光栅
注： 光遇到障碍物总会发生衍射 直线传播是衍射不明显时的近似 直线传播是衍射不明显时的近似 是衍射不明显时的
起偏器 检偏器
产生偏振光的方法 产生偏振光的方法
偏振片（起偏器） 偏振片（起偏器） 反射引起的偏振： 反射引起的偏振：反射光和折射光垂直时
· · · ·
偏振的应用
照相机： 照相机：偏振滤光片 电子表 立体电影
小结
作业： 作业： 学探诊》 《学探诊》衍射和偏振相应习题 全章练习
（2）圆孔衍射 ）
单色光弱
白光： 白光：
明暗相间,中央亮环为白色 周围是彩色圆环 明暗相间 中央亮环为白色,周围是彩色圆环 中央亮环为白色 不均匀,亮度逐渐减弱 不均匀 亮度逐渐减弱
（3）圆板衍射 ）
明暗相间 不均匀的圆环
在圆板阴影的中央有个亮斑 —泊松亮斑 泊松亮斑
练习：
下列哪幅图是单缝衍射的图样（ 下列哪幅图是单缝衍射的图样（ A ） A B
双缝干涉
单缝衍射
C
D
圆孔衍射
圆板衍射
几 何 光 学
反射 折射 全反射
光 干涉 物 理 光 学 衍射 偏振
光的衍射与偏振课件
光的衍射与偏振课件光的衍射是光波通过物体边缘或开口后经历的一种现象，而光的偏振则是描述光波振动方向的属性。
在这份课件中，我们将详细讨论光的衍射和偏振的原理、应用以及相关实验。
一、光的衍射1. 衍射现象的基本概念光的衍射是当光波通过物体边缘或开口时，波的传播方向改变，从而产生弯曲和扩散的现象。
这一现象可以解释为光波在物体边缘或开口处受到了干涉，使得周围区域的光波相位产生了变化。
2. 衍射的数学描述根据波的衍射现象，我们可以使用亚当-菲涅尔衍射公式等来描述衍射过程。
亚当-菲涅尔衍射公式可以通过积分的方法得到，它能够计算出衍射后光强的分布。
这个公式在不同的衍射场景中都有广泛的应用。
3. 衍射的应用衍射现象在实际生活中有许多重要应用。
例如在天文学中，通过观察天体光的衍射，我们可以测量出星星的大小和形状。
在显微镜和望远镜中，衍射光学也起到了关键的作用。
此外，光的衍射还在激光技术、光栅仪器、图像处理等领域有广泛应用。
二、光的偏振1. 偏振光的特性光是电磁波，振动方向决定了光的偏振方向。
偏振光是指在某一方向上的光振动特性。
一般情况下，自然光是各个方向的偏振光的叠加。
2. 光的偏振方式光的偏振有多种方式，包括线偏振、圆偏振和椭偏振等。
线偏振是最常见的偏振方式，其中振动方向是一个直线。
圆偏振则是振动方向随时间变化而绕着一个圆周运动。
而椭偏振是指振动方向在某一平面上呈现椭圆形的偏振方式。
3. 光的偏振器件光的偏振可以通过偏振器件实现，其中最常见的是偏振片。
偏振片是一种能够仅允许某一方向的偏振光通过的材料。
此外，还有偏振镜、波片等器件可以实现光的偏振控制。
三、光的衍射与偏振实验1. 衍射实验在实验中，我们可以使用光的衍射实验装置，例如Young双缝实验、单缝衍射实验等。
通过这些实验，我们可以观察到衍射现象，并且进一步验证亚当-菲涅尔衍射公式。
2. 偏振实验对于光的偏振实验，常用的方法有马吕斯交叉法、尼古拉斯法等。
通过这些实验，我们可以展示光的偏振特性，并观察到光在通过不同偏振器件之后的变化。
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两边对称亮度渐减弱
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注意：双缝干涉和单缝衍射都 是光波叠加的结果.
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四、光的偏振
注意：只有横波
才有偏振现象。
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13
光的偏振证明光是横波。
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5.3光的衍射与偏振
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1
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2
产生明显衍射现象的条 件是：
障碍物或孔的尺 寸比波长小或者跟波 长相差不多。
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观察与思考
现象（详见课本P86）
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一.光的衍射
1.定义：光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将 偏离直线传播的方向而绕到障碍物到达阴影区域的现象。 （另见课本P87） 2.衍射图像及特点： （详见课本P87）
光照到不透明的小圆板上，在屏上圆板的阴影中 心，有一个亮斑，这个亮斑取名叫泊松亮斑.
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二.光发生明显衍射的条件
在障碍物的尺寸或缝的宽度可 以跟光的波长相比拟甚至比光的 波长还要小的时候光的衍射现象就十分
明显，出现明显的衍射现象。
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三.光的干涉和光的衍射的比较 双缝干涉图样特点：
明暗相间、等间 距
（1）单缝衍射
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白光单缝衍射条纹：中间是白
色的，两边是减弱很快的彩色条纹,
红光在外侧。
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（2）小孔衍射
光通过小孔(小到一定程度)在屏上会出现：中
间较亮，周围明暗相间的圆环，且亮度
小这些圆环达到的范围远远超过根据光的直线
传播所应照明的面积。整理版
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(3)泊松亮班
（详见课本P86左 边小字部分）