光栅衍射和偏振光VIP免费

12.7衍射光栅和光栅光谱一.光栅(grating)1.光栅：由大量等宽、等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。广义讲，任何具有空间周期性的衍射屏都可叫作光栅。2.光栅分类：透射光栅反射光栅我们只讨论透射光栅。3.光栅常量(gratingconstant)a：相邻两刻痕边缘间距（透光宽度）b：刻痕宽度（不透光宽度）光栅常量d=a+b（相邻两狭缝中心之间距）是光栅的重要参数。反射光栅dd透射光栅光栅(a)(b)·实用光栅：刻痕数几十条/mm~几千条/mm·用电子束刻制刻痕数可达几万条/mmd~数万Å。·光栅是现代科技中常用的重要光学元件。二.实验装置1.光栅衍射装置衍射角：光栅常量：d，缝数为N，单色光垂直入射2.光栅衍射(多缝衍射)（1）每条缝发的光都是单缝衍射光。各条缝的衍射光在屏上的光强分布位置相同。（2）多缝衍射是N束单缝衍射光的干涉。oPf缝平面观察屏透镜Ldsind或N个单缝衍射图样的相干叠加（3）光栅衍射是单缝衍射和多光束干涉的综合三.条纹特点1.主极大（1）明纹条件：光栅方程(k=0,1,2,…)·是主极大的必要条件，不是充分条件(还有缺级问题，见后)。（2）位置：x=f（tg）=f（sin）=f(k/d)(k=0,1,2,…)和缝数N无关（3）亮度：各条缝的光在主极大处引起的分振动同相。主极大处的合振幅是同一方向(同角)单缝衍射光振幅A单的N倍。主极大处的亮度是同一方向(同角)单缝衍射光强I单的N2倍。（4）主极大的最高级次：dsin=k（5）缺级：·如某主极大的位置(角)和单缝的某暗纹位置(角)重合，则此主极大不出现—缺级(missingorder)。·主极大—相长干涉单缝暗纹—光强为零“零光强”的相长干涉，光强仍为零。·所缺级次由dsin=k(光栅亮纹条件)和asin=k单(单缝暗纹条件)有若d=4a，则缺4,8,12,16,…级（6）单缝中央亮纹范围内的主极大个数2.极小（暗纹）（1）暗纹条件:dsin=()mN(m0,N,2N,…)k缺=()k单,da(k单=1,2,3,…)da2()-1(当d/a为整数)即m=1，2，……，N-1，N+1……，2N-1，2N+1，……，3N-1，3N+1，……，4N-1，4N+1，……（2）相邻两主极大间有N-1个极小。3.次极大（1）次极大亮度与主极大亮度相比很小，一般可不计。（2）相邻两极小间有一个次极大，相邻两主极大间有N-2个次极大。4.主极大半角宽5.光栅缝数N增加，主极大宽度减小，主极大亮度增强，次极大亮度减弱，形成二个主极大之间的一片暗区。sin0I单I0单-2-112(/a)k=Ndcosk光栅衍射的各主极大的光强不再相同。四.d，a对条纹的影响(1)a不变，d减小a不变单缝衍射的轮廓线不变（由单缝衍射的暗纹可推出）d减小·主极大位置变稀（由光栅衍射主极大可推出）sin04-8-48(/d)IN2I0单sin048-4-8(/d)单缝衍射轮廓线光栅衍射光强曲线N=4d=4a光栅衍射光强曲线的画法·单缝中央亮纹范围内的主极大个数减小（由可推出）·缺级的级次变低（由缺级级次可推出）(2)d不变，a减小d不变各主极大位置不变（由可推出）a减小·单缝衍射的轮廓线变宽（由可推出）·单缝中央亮纹范围内的主极大个数增加（由得到）·缺级的级次变高（由可得到）极端情形：·当a0时，单缝衍射的轮廓线变为水平直线，第一暗纹在处；·各主极大光强相同多缝衍射多缝干涉多缝干涉是多缝衍射在a0时的极端情形。五.衍射光谱当用白光垂直正入射光栅时，除k=0级明条纹之外，其余各级明条纹位置均与入射光波长有关。缺级缺级单缝衍射多缝衍射d=10a0级1级2级-2级-1级(白)光栅光谱条纹的重叠：若的级主极大与的级主极大重叠在一起（对应同一衍射角），则如果和，则这两种波长的光经光栅衍射之后，重叠的主极大的级次为：所以，的重叠的主极大级次为3，6，9，12，15，18……，的重叠的主极大级次为2，4，6，8，10，12，……。12.8偏振光(Polarizationoflight)马吕斯定律光的偏振证明了光的横波性。一.线偏振光（完全偏振光）1.线偏振光：光波中的光矢量(E)只沿单一方向振动的光称作线偏振光(linearpolarizedlight)。2.振动面：由光矢量的振动方向和光的传播方向组成的面。·光矢量在振动面内·线偏振光又称平面偏振光3.线偏振光的分解：线偏振光的光振动可沿两个相互垂直的方向分...