《波动光学医学》PPT课件

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1、波动光学【掌握】单缝衍射、光栅衍射、和X射线衍射现象产生的条件和计算方法，马吕斯定律【了解】了解光的偏振和物质的旋光现象第二节光的衍射一、光的衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理（一）光的衍射现象波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边缘前进，这种偏离直线传播的现象称为波的衍射现象。光绕过障碍物而偏离直线传播，并且出现光强度分布不均匀的现象称为光的衍射。光的单缝衍射现象所观察到的亮暗相间的条纹称为衍射图样。（二）菲涅耳-惠更斯原理惠更斯原理:在波的传播过程中,波阵面(波前)上的每一点都可看作是发射子波的波源,在其后的任一时刻,这些子波的包迹就成为新的波阵面。在波的传播过程中,

2、从同一波阵面上的各点发出的子波，经传播在空间某点相遇时，这些次级子波要相干叠加，这一点的振动即是相干叠加的结果。这个发展了的惠更斯原理称为惠更斯-菲涅耳原理。菲涅耳衍射夫琅和费衍射中央亮条纹衍射角波阵面AB分割成小的波阵面称为波带。2个半波带，P点暗纹。3个半波带，P点亮纹，亮度比中央亮条纹弱。4个半波带，P点暗纹。对于某些方向，波阵面AB不能分成整数个半波带，则光线会聚后得到的光强介于亮条纹和暗条纹之间。暗纹条件：亮纹条件：中央明纹位置：中央明条纹的半角宽度△θ0即第一暗纹的衍射角。中央明纹的宽度△x：正负第一级暗纹的位置距离。第k级明纹的宽度：第k+1级暗纹与第k级暗纹

3、的位置距离。白色光照射单缝，中央条纹中间是白色边缘是彩带，两侧出现彩色条纹，靠内是紫光，靠外是红光。例11-3：设有一单色平行光垂直照射于一单缝，若其第三级亮条纹位置正好和600nm的单色光的第二级亮条纹位置相同，求单色平行光的波长。解：根据单缝衍射亮条纹的条件：三、衍射光栅（一）光栅常数由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕不透光，相当狭缝。光栅缝宽为a，缝间不透光部分宽度为b，d=a+b称为光栅常数。光栅常数一般为10-5～10-6m之间。abd光栅衍射为单缝衍射和多缝干涉的总效应。（三）光栅公式亮条纹的衍

4、射角：衍射级次限制：单缝衍射暗纹条件：asin=±k'若同时在该处满足光栅主极大：(a+b)sin=k则这个主极大不亮,称为缺级.暗的相干相长仍为暗！若(a+b)/a是整数，将发生缺级现象如a+b=3a，则第三级、第六级、...亮条纹不出现。（四）衍射光谱1.光栅衍射光谱白光照射光栅时除中央条纹为各色混合的白光外，其他各级的亮条纹都形成彩色的光谱带称为衍射光谱。2.光栅衍射光谱与棱镜色散光谱的比较棱镜对白光有分光的色散作用，所形成的彩色光谱带称为色散光谱。光栅衍射光谱与棱镜色散光谱的区别：（1）衍射光谱是匀排光谱，棱镜色散紫光附近的光谱比红光附近的光谱展开得大些，

5、是非匀排光谱。（2）衍射光谱中各谱线的排列次序由紫到红，而在棱镜的色散光谱中由红到紫，正好相反。3.光谱分析各种类型光源发出的光经光栅后形成的光谱：炽热物体发射的光：连续光谱在火焰中加热或通过放电管中通电激发形成的原子发光，其谱线由一些明线组成，称为明线光谱。让炽热物体所发出连续光谱的光，通过一定的物质后，再经过光栅，则在形成的光谱中出现一系列暗线，称为吸收光谱。利用某种物质的明线光谱或吸收光谱的谱线情况，可以定性地分析出该物质所含的元素或化合物，由谱线的强度可定量分析出所含元素的多少，这种分析方法称为光谱分析。（五）闪耀光栅具有一定形状刻槽的反射光栅，能将能量较多地集中到

6、所应用的那一级光谱带上，这种光栅称为闪耀光栅。（六）光栅光谱仪用光栅作色散元件的单色仪、分光计和摄谱仪等系统称为光栅光谱仪。常用光栅光谱仪有凹面光栅和平面光栅两种。埃伯特光栅单色仪S'处摄谱为光栅摄谱仪例11-4当红光垂直照射到每厘米有4000条刻线的透射光栅上，观察到第二级光谱线的衍射角360，求照射红光的波长。解：光栅常数：例11-5一光栅每毫米长有600条刻线，用波长为589nm的黄色光垂直照射，求各级光谱线的衍射角。解：光栅常数：第一级光谱线k=1：第二级光谱线k=2：k=3：只能得到二级光谱线。例11-6设计一个平面透射光栅，使得该光栅能将光波波长范围为430nm

7、～680nm的光波的第一级衍射光谱展开为20.00的角度范围。解：四、圆孔衍射艾里斑光的衍射现象限制了光学仪器的分辨本领。五、X射线的衍射X射线：波长为0.01nm～10nm之间的电磁辐射，也称为伦琴射线。劳厄利用晶体原子的周期性排列作为X射线的光栅，成功进行X射线衍射实验。劳厄斑（a）红宝石晶体（b）单晶硅符合反射定律，且光程差符合布喇格公式的衍射子波加强。伦琴射线摄谱仪X射线光谱分析X射线晶体结构分析第三节光的偏振一、光的偏振性（一）自然光由波的传播方向和波的振动方向所确定的平面称为波的振动面。光的振动方向在振