大学物理光学PPT4
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牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
第4节 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领
一 圆孔衍射
HP
L
艾 里 斑
d
L
D
哈尔滨工程大学理学院
P
d
f
d ：艾里斑直径
d 2 1.22
f
D
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
二 瑞利判据
第1第章6质篇点光力学学
0.8I0
对于两个强度相等的不相干的点光源（物点）， 一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源 衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或 物点）恰为这一光学仪器所分辨.
二 . 偏振片 起偏与检偏
第1第章6质篇点光力学学
二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振 动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质 称二向色性 .
偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 .
偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时，
它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振 片的偏振化方向 .常用“↕”表示.
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
三 光学仪器的分辨本领 （两光点刚好能分辨）
光学仪器的通光孔径 D
s1 *
s 2*
f
d 2 1.22
f
D
d 2
d 2 1.22
f
D
最小分辨角 1.22
D
光学仪器分辨率 R 1 D D, 1
1.22
DNA 晶体的X衍射照片
哈尔滨工程大学理学院
DNA 分子的双螺旋结构
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
第5章 光的偏振
光的波动性
光的干涉、衍射 .
光波是横波
光的偏振 .
机械横波与纵波的区别
机 械 波 穿 过 狭 缝
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
E E0 cos
I I0
E2 E02
马吕斯定律 强度为 I0 的偏振
光通过检偏振器后, 出射光的强度为
I I0 cos2
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
例1 有两个偏振片,一个用作起偏器, 一个用作检
偏器. 当它们偏振化方向间的夹角为 30时 , 一束单色
自的然夹光角穿 为过60它时们,,另出一射束光单强色为自I1然; 光当穿它过们它偏们振化, 出方射向光间
起 偏
I0
哈尔滨工程大学理学院
起偏器
1 2 I0 偏振化方向
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
检 偏
起偏器
第1第章6质篇点光力学学
检偏器
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
三 . 马吕斯定律（1880 年）
N
I0
第1第章6质篇点光力学学
M EI
起偏器
E0
检偏器
N
M
E
E0
哈尔滨工程大学理学院
（2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽
度进行比较，设船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直
径为2.33m .
解（1）
1
c
3108 m/s 220 109 Hz
1.36 10 3 m
1
2.44
1
D1
2.44
1.36103 m 55102 m
0.00603rad
（2） 2
2.44
2
D2
2.441.57102 m 2.33m
0.0164rad
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
§X射线的衍射
第1第章6质篇点光力学学
1895年伦琴发现，受高速电子撞击的金属会发射
一种穿透性很强的射线称Ｘ射线．
X 射线 (0.04 ~ 10nm)
冷却水
K<
P
E2
E1
劳厄斑点
铅板
照
单晶片的衍射
像
1912年劳厄实验
底 单晶片 片
dA B
C
布拉格公式
2d sin k
k 1,2,
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
布拉格公式 2d sin k k 1,2,
用途 测量射线的波长研究X射线谱，进而研究原 子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能.例如 对大分子 DNA 晶体的成千张的X射线衍射照片的分析， 显示出DNA分子的双螺旋结构.
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
1913年英国布拉格父子提出了一种解释Ｘ射线
衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物
理学诺贝尔奖．
布拉格反射
入射波
散射波
o
晶格常数 d 掠射角
AC CB
2d sin
相邻两个晶面反射的 两X射线干涉加强的条件
第1节 光的偏振现象及马吕斯定律
一 . 自然光 偏振光 自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方
向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴
对称）这样的光叫自然光 .
自然光以两互相垂直的互 为独立的 （无确定的相位关 系）振幅相等的光振动表示 , 并各具有一半的振动能量 .
v
E
注意
二互相垂直方向是任选的 . 各光矢量间无固定的相位关系 .
第1第章6质篇点光力学学
例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm， 而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问
（1）人眼的最小分辨角有多大？
（2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则 两物点间距为多大时才能被分辨？
解（1）
1.22
D
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.22 5.510 7 m 310 3 m
2.2104 rad
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
1990 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ，最小分
辨角 0.1"，在大气层
外 615km 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 .
哈尔滨工程大学理学院
第1第章6质篇点光力学学
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
哈尔滨工程大学理学院
符号表示
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
偏振光（线偏振光）
第1第章6质篇点光力学学
光振动只沿某一固定方向的光 .
E v
振动面
符号表示
部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直方 向上的光振动占优势的光为部分偏振光 .
符号表示
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
（2） d l 25cm 2.2104
0.0055cm 0.055mm
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
例2 毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，
这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击. （1）有一毫米波雷达，其圆形天线直径为55cm，
发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度；
第1第章6质篇点光力学学
第4节 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领
一 圆孔衍射
HP
L
艾 里 斑
d
L
D
哈尔滨工程大学理学院
P
d
f
d ：艾里斑直径
d 2 1.22
f
D
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
二 瑞利判据
第1第章6质篇点光力学学
0.8I0
对于两个强度相等的不相干的点光源（物点）， 一个点光源的衍射图样的主极大刚好和另一点光源 衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或 物点）恰为这一光学仪器所分辨.
二 . 偏振片 起偏与检偏
第1第章6质篇点光力学学
二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振 动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质 称二向色性 .
偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 .
偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时，
它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振 片的偏振化方向 .常用“↕”表示.
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
三 光学仪器的分辨本领 （两光点刚好能分辨）
光学仪器的通光孔径 D
s1 *
s 2*
f
d 2 1.22
f
D
d 2
d 2 1.22
f
D
最小分辨角 1.22
D
光学仪器分辨率 R 1 D D, 1
1.22
DNA 晶体的X衍射照片
哈尔滨工程大学理学院
DNA 分子的双螺旋结构
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
第5章 光的偏振
光的波动性
光的干涉、衍射 .
光波是横波
光的偏振 .
机械横波与纵波的区别
机 械 波 穿 过 狭 缝
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
E E0 cos
I I0
E2 E02
马吕斯定律 强度为 I0 的偏振
光通过检偏振器后, 出射光的强度为
I I0 cos2
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
例1 有两个偏振片,一个用作起偏器, 一个用作检
偏器. 当它们偏振化方向间的夹角为 30时 , 一束单色
自的然夹光角穿 为过60它时们,,另出一射束光单强色为自I1然; 光当穿它过们它偏们振化, 出方射向光间
起 偏
I0
哈尔滨工程大学理学院
起偏器
1 2 I0 偏振化方向
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
检 偏
起偏器
第1第章6质篇点光力学学
检偏器
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
三 . 马吕斯定律（1880 年）
N
I0
第1第章6质篇点光力学学
M EI
起偏器
E0
检偏器
N
M
E
E0
哈尔滨工程大学理学院
（2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽
度进行比较，设船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直
径为2.33m .
解（1）
1
c
3108 m/s 220 109 Hz
1.36 10 3 m
1
2.44
1
D1
2.44
1.36103 m 55102 m
0.00603rad
（2） 2
2.44
2
D2
2.441.57102 m 2.33m
0.0164rad
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
§X射线的衍射
第1第章6质篇点光力学学
1895年伦琴发现，受高速电子撞击的金属会发射
一种穿透性很强的射线称Ｘ射线．
X 射线 (0.04 ~ 10nm)
冷却水
K<
P
E2
E1
劳厄斑点
铅板
照
单晶片的衍射
像
1912年劳厄实验
底 单晶片 片
dA B
C
布拉格公式
2d sin k
k 1,2,
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
布拉格公式 2d sin k k 1,2,
用途 测量射线的波长研究X射线谱，进而研究原 子结构；研究晶体的结构，进一步研究材料性能.例如 对大分子 DNA 晶体的成千张的X射线衍射照片的分析， 显示出DNA分子的双螺旋结构.
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
1913年英国布拉格父子提出了一种解释Ｘ射线
衍射的方法，给出了定量结果，并于1915年荣获物
理学诺贝尔奖．
布拉格反射
入射波
散射波
o
晶格常数 d 掠射角
AC CB
2d sin
相邻两个晶面反射的 两X射线干涉加强的条件
第1节 光的偏振现象及马吕斯定律
一 . 自然光 偏振光 自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方
向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴
对称）这样的光叫自然光 .
自然光以两互相垂直的互 为独立的 （无确定的相位关 系）振幅相等的光振动表示 , 并各具有一半的振动能量 .
v
E
注意
二互相垂直方向是任选的 . 各光矢量间无固定的相位关系 .
第1第章6质篇点光力学学
例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm， 而在可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问
（1）人眼的最小分辨角有多大？
（2）若物体放在距人眼25cm（明视距离）处，则 两物点间距为多大时才能被分辨？
解（1）
1.22
D
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.22 5.510 7 m 310 3 m
2.2104 rad
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
1990 年发射的哈勃 太空望远镜的凹面物镜 的直径为2.4m ，最小分
辨角 0.1"，在大气层
外 615km 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 .
哈尔滨工程大学理学院
第1第章6质篇点光力学学
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
哈尔滨工程大学理学院
符号表示
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
偏振光（线偏振光）
第1第章6质篇点光力学学
光振动只沿某一固定方向的光 .
E v
振动面
符号表示
部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直方 向上的光振动占优势的光为部分偏振光 .
符号表示
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
（2） d l 25cm 2.2104
0.0055cm 0.055mm
哈尔滨工程大学理学院
牛顿圆运孔动衍定射律晶体衍射 偏振
第1第章6质篇点光力学学
例2 毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，
这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击. （1）有一毫米波雷达，其圆形天线直径为55cm，
发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度；