物理补充

实际的相控阵雷达是由多个辐射单元组成的 平面阵列，以扩展扫描范围和提高雷达束强度。 (补图)
相控阵雷达的优点： 1. 无机械惯性，可高速扫描， 一次全程扫描仅需几微秒。
2. 由计算机控制可形成多种波束， 同时搜索、跟踪多个目标。 3. 不转动、天线孔径可做得很大， 从而有效地提高辐射功率、作用距离、 分辨率（下节讲）…
因为原子的内层电子的能级差值较大， 放出的光子的频率较大，波长就较短， 属于 x 射线波段。
空位在K层, 跃迁就产生特征谱线 K，K，K…
空位在L层，跃迁就产生特征谱线 L，L，L… ON M L L K
L
-e -e
K K K
+Ze
激光阈值条件
二 . 考虑激光在两端反射镜处的损耗
x射线谱一般 由两部分组成：
(l)连续谱
高速电子到达阳极后与阳极中的原子 相撞，速度降下来，电子有了加速度 而辐射的电磁波。 这种辐射称为韧致辐射。
由于大量电子有各种大小的加速度， 因此韧致辐射的 x 射线具有连续谱 的特征。 连续谱的形状应与阳极的材料无关。 实验表明确实如此。
(2) 特征谱
当加速电压比较高时， 在 x 射线连续谱的 “山丘”上会出现一些 “尖塔”。
五.斜入射的光栅方程、相控阵雷达 如图所示，斜入射时，相邻两缝的光束 在入射前已有光程差，衍射后又有光程差， 总光程差 DC AB d (sin sini )
光栅 L 观察屏
d sin i
i
P

f
斜入射的 光栅方程(明纹) d (sin sini ) k
o
λ d sin
E31
D1
5896
D2
5890
x 射线
x 射线是一种高能光子……穿透性很强。 x 射线是波长很短的电磁波 （0．1 Å ～ 100 Å ） ……用普通光栅观察不到衍射现象。 1912年德国物理学家劳厄成功地获得了 x 射线的晶体衍射图样。 (获 1912年诺贝尔物理奖)。
二 . X 射线谱与其产生机制
ne no E -----称为一次电光效应
泡克尔斯盒的响应时间也极短，一般小 于10-9秒，也用作光开关和光调制器， 近年来还用于数据处理，显示技术。
三、磁致双折射（补充）
类似于电场的克尔效应，某些透明液体 在磁场 H 作用下变为各向异性，性质 类似于单轴晶体。 光轴平行磁场，且
ne no H
R1
I0
R2
I2
I1
输出
全反射镜
L
部分反射镜
R1、R2 左、右两端反射镜的反射率. I0 激光从左反射镜出发时的光强。 I1 经过工作物质后，被右反射镜反射 出发时的光强。 I2 再经过工作物质，并被左反射镜反射 出发时的光强。
其他应用：分析化工产品、药剂中的 左、右旋光异构体的成分，…
据此可制成“量糖计”，并发展为“量糖术”
某些液体或溶液有左旋或右旋,是由于 其分子本身具有螺旋状结构引起的。
四、磁致旋光（补充） 利用人工方法也可产生旋光性，其中最 重要的是磁致旋光，也称为法拉第旋转， 是法拉第1846年发现的。
水、二硫化碳、食盐、乙醇等是磁致旋光物质。
二、电光效应 电光效应也叫电致双折射效应。 1. 克尔效应（kerr effect) 将克尔盒取代晶片的位置,加电场的方向 即光轴的方向.
+ 45 P1 P2 45
克尔盒
l d
克尔盒内充某种液体(如硝基苯)， 加电场→液体各向异性（由于分子定向 排列的缘故，呈单轴晶体性质） 光轴∥ E P2 通光；
二、菲涅耳的解释：
E

EL o

·
ER
线偏振光可看作是同频率、 等振幅、有确定相位差的 左(L)、右(R)旋圆偏振光 的合成。
L R nL nR
设:入射时L，R 初相为0，旋光物质长d. nR nL 即 L R
(a)

(b)
d
E 同一时刻 E EL ER
在出射面上它们 的位相，分别比 入射面处的位相 落后， 看旋转矢量图:
液晶也有电光效应：
电控双折射现象 将某种液晶注入小玻璃盒中，在玻璃表面 涂上二氧化锡等透明导电薄膜，玻璃就成 为透明电极。 把液晶盒放在两正交偏振片之间， 加电场可由不透光变为透光。
动态散射现象
注入某种液晶的液晶盒，在未加电场时是 透明的。 加电场时，因盒内离子和液晶分子 在电场作用下互相碰撞，使液晶分子产生 紊乱运动，液晶盒变为不透明。
2
——二次效应。
这种效应很弱，需要很强的 磁场才能观察到。
§5.8 旋光现象（补充） 一、物质的旋光性：
1811年实验物理学家阿喇果发现， 线偏振光通过某些透明物质时， 其偏振面将旋转一定的角度。
单色 自然光
偏振片1
石英晶片
偏振片2


P’2（现消光） P2（原消光）
偏振化方向
d
光轴方向 (不产生双折射)
不加电场→液体恢复各向同性 →P2不通光（ P1P2 ）。
有
ne no kE
2
E —电场强度，k —克尔常数
对硝基苯(C6H5NO2)
k 1.441018 m2 / V 2
经过克尔盒的两束光的位相差为 2 k ne no l 2 2 k 2 2 l kE l 2U d 它正比于U2, 因此也称为二次电光效应. 应用:可作光开关（克尔盒的响应时间极短， 每秒能够动作109次）和光调制器。 用于高速摄影、光测距、激光通讯
一维阵列的相控阵雷达
d
靶目标

微波源
移
相 器

n
辐射单元
用电子学方法周期性地连续改变相邻辐射 单元的相差，则0级主极大的衍射角，也 连续变化，从而实现扫描——相位控制扫描.
（也可以固定入射角i，而连续改变来改变 -----频（率）控（制）扫描）. 靶目标反射的回波 也可通过同样的天线阵列接收: 改变 就能接收来自不同方位的波束。 然后用计算机处理，提供靶目标的 多种信息——大小，速度，方位

磁致旋光物质 B d

V d B
V：费德尔常量
V ~ 104 105 m 1 T 1
磁致旋光效应也能用于光通讯: 若磁场B是由信号电流i产生(或调制)的, 信号电流i的变化磁场B的变化, 旋转角变化, P2通过的光强也变化. -------这就是光通讯的原理.
对自然旋光物质，振动面的左旋或右旋是由 旋光物质本身决定的，与光的传播方向无关：
令
所以
( nR nL )
——旋光率
ad
，
由上式看出， nR nL 时， 0 即振动面向左旋（对着光看）。
三、量糖术 对溶液
a c d
式中
a c a — 溶 液 的 旋 光 率
c — 溶液的浓度
a — 溶 液 的 比 旋 光 率
偏振化方向
这种能使线偏振光的振动面发生旋转的性质， 称为旋光性。 具有旋光性的物质：如石英、糖的水溶液、 酒石酸溶液、松节油等。


旋光物质 d
ad
a—旋光率 a 取决于入射光 的波长和旋光物质。
迎着光看，振动面 顺时针转的为右旋物质， 振动面 逆时针转的为左旋物质。
例如，石英晶体有左旋,右旋两类旋光体, 是因为它的分子的空间排列方式有两类。
克尔盒有很多缺点：硝基苯有毒，易爆炸， 需极高纯度和高电压，故现在很少用。
2. 泡克尔斯效应(pockels effect) 用 KDP 晶体(磷酸二氢钾)取代克尔盒。
图示为纵向装置 （光传播方向与 电场平行）
P1
K
K P2
·电光晶体 ·
泡克尔斯盒
+ 。 。-
电极K，K’透明。
P1P2
原来该晶体是单轴晶体，使光轴沿光传播 方向，当然没有双折射现象，没有光透过P2; 加电场→晶体变双轴晶体 →沿原来的光轴方向产生了 附加了双折射效应。有光透过P2。
En (eV) 0 E4 (-0.85) E3 (-1.51)
En l (eV) 0
E32 (-1.513) E31 (-1.56) E30 (-2.02) E21 (-3.54)
E20 (-5.39)
E2 (-3.40)
氢原子能级 (即其电子能级)
E1 (-13.6)
锂原子能级 (即其 n =2的 价电子能级)
现在知道，一切微观粒子都有自旋, 按自旋分类：
（1）费米子：自旋为半整数，如 S = 1/2, 3/2 如电子，中子，质子，中微子， 服从泡利不相容原理。 （2）玻色子：自旋为整数， 如 s = 0，1
光子， 介子等。 ----不服从泡利不相容原理。
碱金属原子的光谱双线
碱金属原子 的结构与氢 原子有类似 之处。
B

s
自旋磁矩在外磁场中的 磁能为 Us s B
价电子在原子实的电场中 运动，外磁场 B 是什么 磁场是电子自身的 v 轨道运动产生的。
v
-e
因此上面的磁能称为自旋-轨道耦合能。
可以证明（略）： 考虑了自旋-轨道耦合能后， E31分裂为两条，
E30不分裂， 于是就有了双线。 E30
能级特点的定性解释： -e
(1)电子贯穿原子实 (2)原子实极化
+Ze
2. 碱金属原子光谱双线 的定性解释 Na的 5893 Å 谱线 实际上是由双线组 成 D1:5895.930 Å D2:5889.963 Å
-e
E31
-(Z-1)e
D1
5896
D2
5890
E30
Na原子(价电子)能级