第五章 第3、4节 光的衍射与偏振 激光

第3、4节光的衍射与偏振__激光

1.障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多时，光将发生明显的

衍射现象。

2．单色光的单缝衍射图像是中央一条较宽较亮的条纹，两边是对称

而明暗相间的条纹，亮条纹的强度向两边很快减弱。白光通过单

缝产生的衍射图像中央是一条白条纹，两边是很快减弱的彩色条

纹。

3．自然光透过偏振片后形成线偏振光，偏振光通过偏振片的情况与

光的偏振方向和偏振片的偏振方向的夹角有关。

4．激光是人工产生的相干光，是原子受激辐射产生的光，具有频率

单一、强度大、相干性好等特点。

(1)定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现亮条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑。

(2)衍射图样：衍射时产生的明暗条纹或光环。

(3)单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为一条较宽较亮的条纹，两边是对称而明暗相间的条纹，亮条纹的强度向两边很快减弱。白光通过狭缝时，中央为白条纹。两边是很快减弱的彩色条纹。

(4)圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。

(5)泊松亮斑：障碍物的衍射现象。

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。

[跟随名师·解疑难]

1．三种衍射图样的特点比较

(1)单缝衍射图样：

①中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，越靠外，条纹间距越小。

②缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低。

③中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。

④用白光做单缝衍射时，中央亮条纹仍然是最宽最亮的白条纹。

(2)圆孔衍射图样：

①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条

纹的亮度越弱，宽度越小。如图所示。

②圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。

③用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。

④白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。

⑤只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)。

(3)不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)：

①中央是亮斑。

②周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小。

2．单缝衍射和双缝干涉的比较

在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，如图所示四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )

A ．a 、c

B ．b 、c

C．a、d D．b、d

解析：选D a图中是等间距的光的干涉图样，b图是单色光的单缝衍射图样，c图是水波的衍射图样，d图是白光的单缝衍射图样，可见D正确。

1．偏振片

由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做透振方向。偏振片对光波的作用就像狭缝对于机械波的作用一样。

2．光的分类

(1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着大量的、振动方向不同而互不相干的线偏振光。

(2)线偏振光

自然光通过偏振片后，只有振动方向与偏振片的透光方向平行的成分才能通过，得到的就是线偏振光。

3．结论

光的偏振现象证实光是横波。

[跟随名师·解疑难]

1．自然光与偏振光的对比

(1)自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也会变化。自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且是完全偏振光，偏振方向相互垂直。

(2)自然光经过偏振片(起偏器)后能形成偏振光。偏振光可以用另一个偏振片(检偏器)检验。

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)

[多选]关于自然光和偏振光，以下说法正确的是()

A．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同

B．偏振光是垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光

C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光D．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光

解析：选BD由定义可知，自然光沿着各个方向振动的光波的强度都相同，故A错误。自然光透过一个偏振片成为偏振光，但偏振光经过偏振片是不可以转化为自然光的，故C 错误。

1．激光

原子受激辐射产生的光，它是人工产生的相干光。

2．激光的特点

(1)强度大：激光的强度可达1017W/cm2。

(2)方向性好：激光光束的发散角为10－3rad数量级。

(3)单色性好：激光的谱线宽度可窄达Δλ<10－8nm。

(4)相干性好：一束激光中所有光的频率相同，振动完全相同。

(5)覆盖波段宽而且可调谐。

3．激光的应用

激光加工、激光全息照相、激光检测、激光通信、激光医学、激光照排、光盘等。

[跟随名师·解疑难]

1．光的产生：原子获得能量后处于不稳定状态，会以光子的形式向外发射能量，这个能量就是光。

2．自然光：一般光源自发地发出光，所发出的光频率不一、相差不稳定、方向不同。这种光是自然光，即普通光。

3．激光：原子受到外来光子的激发，会发射出与这个外来光子“四同”(同频率、同相差、同偏振、同传播方向)的光，这种光就是激光。

4．激光的特点及其应用：