13光的衍射与偏振激光课件.ppt
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- 关 键 词:
- 13 衍射 偏振 激光 课件
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1、名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习3光的衍射与偏振光的衍射与偏振4激光激光名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习1知道光通过狭缝和圆孔的衍射现象知道光通过狭缝和圆孔的衍射现象2知道观察到明显衍射的条件知道观察到明显衍射的条件3知道振动中的偏振现象,了解什么是偏振现象,知道偏振是横知道振动中的偏振现象,了解什么是偏振现象,知道偏振是横波的特点波的特点4知道偏振光和自然光的区别,知道偏振光在实际生活中的应知道偏振光和自然光的区别,知道偏振光在实际生活中的应用用5了解激光的特
2、点及其应用,知道激光和自然光的区别了解激光的特点及其应用,知道激光和自然光的区别名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习一、光的衍射一、光的衍射光的衍射现象光的衍射现象光光在遇到障碍物时,偏离在遇到障碍物时,偏离 传播方向而照射到阴影区域的传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射现象叫做光的衍射光的衍射现象进一步证明光是一种波光的衍射现象进一步证明光是一种波直线直线名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习衍射图样衍射图样(1)单单缝衍射:中央为缝衍射:中央为 条纹,向两侧有明暗相间的条纹,但间条纹,向两侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度不同白
3、光衍射时,中央仍为白光,最靠近中央的是距和亮度不同白光衍射时,中央仍为白光,最靠近中央的是紫紫光,最远离中央的是红光光,最远离中央的是红光(2)圆孔衍射:明暗相间的圆孔衍射:明暗相间的 圆环圆环(3)泊松亮斑:光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的阴泊松亮斑:光照射到一个半径很小的圆板后,在圆板的阴影影 出现的亮斑出现的亮斑亮亮不等距不等距中心中心名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习二、光的偏振二、光的偏振1光光的偏振现象:在垂直于传播方向的平面上,光只沿着的偏振现象:在垂直于传播方向的平面上,光只沿着 振动的现象振动的现象2偏振光:在跟光传播方向垂直的平面内,光
4、振动在某一方向较偏振光:在跟光传播方向垂直的平面内,光振动在某一方向较强而在另一些方向振动强而在另一些方向振动 的光即为偏振光的光即为偏振光3自然光:太阳、电灯等普通光源直接发出的光,包含垂直于传自然光:太阳、电灯等普通光源直接发出的光,包含垂直于传播方向上播方向上 的光,而且沿各个方向振动的光波的光,而且沿各个方向振动的光波的强度的强度 ,这种光叫自然光,这种光叫自然光4光的偏振现象证明光是光的偏振现象证明光是 波波某个特定方向某个特定方向较弱较弱沿一切方向振动沿一切方向振动都相同都相同横横名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习三、激光具有的特点三、激光具有的特点
5、强度大强度大强强度可达度可达1017 W/cm2,用于热核反应实验的激光器的脉冲平均,用于热核反应实验的激光器的脉冲平均功率已达功率已达1014 W,可产生,可产生108 K K的高温的高温方向性好方向性好激激光光束的发散角在毫弧度数量级,由氦氖激光器发射到光光束的发散角在毫弧度数量级,由氦氖激光器发射到3.8105 km的月球上的激光束,其光照面直径也只有的月球上的激光束,其光照面直径也只有2 km左左右右名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习单色性好单色性好比比普通光源中单色性最好的氦灯的单色性提高四五个数量级普通光源中单色性最好的氦灯的单色性提高四五个数量级相
6、干性好相干性好一一束激光的频率相同,振动情况完全相同,是最好的相干光,束激光的频率相同,振动情况完全相同,是最好的相干光,从而能使我们较好的研究光的干涉和衍射从而能使我们较好的研究光的干涉和衍射覆盖波段宽而且可调谐覆盖波段宽而且可调谐可可获得以获得以X射线到远红外波段的激光,并可调谐和调制射线到远红外波段的激光,并可调谐和调制名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习四、激光的应用四、激光的应用激激光加工光加工激光全息照相激光全息照相激光检测激光检测激光通信激光通信激光医学激光医学激光照排激光照排光盘的写入光盘的写入、读出读出名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析
7、自自 主主 学学 习习一、光的衍射一、光的衍射对对“光沿直线传播的理解光沿直线传播的理解”光光的直线传播是一种近似的规律,可从以下两个方面去理解:的直线传播是一种近似的规律,可从以下两个方面去理解:(1)多数情况下,光照到较大的障碍物或小孔上时是按沿直线传多数情况下,光照到较大的障碍物或小孔上时是按沿直线传播的规律传播的,在它们的后面留下阴影或光斑如果障碍物、播的规律传播的,在它们的后面留下阴影或光斑如果障碍物、缝或小孔都小到与照射光的波长差不多缝或小孔都小到与照射光的波长差不多(或更小或更小),光就表现出明,光就表现出明显的衍射现象,在它们的后面形成泊松亮斑、明暗相间的条纹显的衍射现象,在它
8、们的后面形成泊松亮斑、明暗相间的条纹或圆环或圆环名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习(2)光是一种波,衍射是它基本的传播方式,但在一般情况下,由光是一种波,衍射是它基本的传播方式,但在一般情况下,由于障碍物都比较大于障碍物都比较大(比起光的波长来说比起光的波长来说),衍射现象很不明显,光的,衍射现象很不明显,光的传播可近似地看作是沿直线传播所以,光的直线传播只是近似传播可近似地看作是沿直线传播所以,光的直线传播只是近似规律规律名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习三种衍射现象和图样特征三种衍射现象和图样特征(1)单单缝衍射缝衍射中央条纹
9、最亮、越向两边越暗,条纹间距不等,越靠外,条纹中央条纹最亮、越向两边越暗,条纹间距不等,越靠外,条纹间距越小间距越小缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮纹的亮缝变窄,通过的光变少,而光分布的范围更宽,所以亮纹的亮度降低度降低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长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距关入射光波长越长,单缝越窄,中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大就越大名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习用白光做单缝衍射时,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,用白光做单缝衍射时
10、,中央亮条纹是白色的,两边是彩色条纹,中央亮条纹仍然最宽最亮中央亮条纹仍然最宽最亮(2)圆孔衍射圆孔衍射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,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,宽度越小且越靠外,圆形亮条纹的亮度越弱,宽度越小圆孔越小,中央亮斑的直径越大,同时亮度越弱圆孔越小,中央亮斑的直径越大,同时亮度越弱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,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,波长越长,中央圆形亮斑的直径越大波长越长,中央圆形亮斑的直径越大白光的圆孔衍射图样中,中央是大且亮的白色光斑,周围是
11、彩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色同心圆环名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习(3)不透明的小圆板衍射不透明的小圆板衍射与圆孔衍射图样比较与圆孔衍射图样比较a均是明暗相间的圆形条纹,中心均有亮斑均是明暗相间的圆形条纹,中心均有亮斑b圆孔衍射图样中心亮斑较大,而泊松亮斑较小圆孔衍射图样中心亮斑较大,而泊松亮斑较小c圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大,圆板衍射圆孔衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而增大,圆板衍射图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小图样中亮环或暗环间距随半径增大而减小d圆孔衍射图样的外侧是黑暗的,而小圆板衍射
12、图样的外侧是明圆孔衍射图样的外侧是黑暗的,而小圆板衍射图样的外侧是明亮的亮的泊松亮斑图样中的亮环或暗环间距随半径增大而减小泊松亮斑图样中的亮环或暗环间距随半径增大而减小名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习 单缝衍射和双缝干涉有何异同?单缝衍射和双缝干涉有何异同?名称名称项目项目单缝衍射单缝衍射双缝干涉双缝干涉不同点不同点产生产生条件条件障碍物或孔的尺寸比波障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多长小或跟波长差不多频率、振动方向相频率、振动方向相同,相位差恒定的两同,相位差恒定的两列光波相遇叠加列光波相遇叠加条纹条纹宽度宽度条纹宽度不等,中央最条纹宽度不等,中央最宽宽
13、条纹宽度相等条纹宽度相等条纹条纹间距间距各相邻条纹间距不等,各相邻条纹间距不等,越靠外条纹间距越小越靠外条纹间距越小各相邻条纹等间距各相邻条纹等间距亮度亮度中央条纹最亮,两边变中央条纹最亮,两边变暗暗清晰条纹,亮度基本清晰条纹,亮度基本相等相等名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习相同点相同点成因成因干涉、衍射都有明暗相间的条纹,条纹都是光波干涉、衍射都有明暗相间的条纹,条纹都是光波叠加时加强或者削弱的结果叠加时加强或者削弱的结果意义意义干涉、衍射都是波特有的现象,表明光是一种波干涉、衍射都是波特有的现象,表明光是一种波名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自
14、自 主主 学学 习习特别提醒特别提醒 衍射是一种普遍现象只是障碍物的尺寸比光的波长大衍射是一种普遍现象只是障碍物的尺寸比光的波长大得多时,衍射现象不明显,障碍物的尺寸可以跟光的波长相比,得多时,衍射现象不明显,障碍物的尺寸可以跟光的波长相比,甚至比光的波长还小的时候,衍射现象十分明显所以前面所说甚至比光的波长还小的时候,衍射现象十分明显所以前面所说的衍射产生条件应是产生明显衍射现象的条件的衍射产生条件应是产生明显衍射现象的条件名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习二、自然光与光的偏振二、自然光与光的偏振自然光自然光太太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方
15、向上阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,这样的光称为自然光同,这样的光称为自然光从普通光源直接发出的自然光是无数偏振光的无规则集合,所从普通光源直接发出的自然光是无数偏振光的无规则集合,所以直接观察时不能发现光强偏向哪一个方向以直接观察时不能发现光强偏向哪一个方向名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习如图如图5-3、4-1所示,普通光源发出的光经过偏振片时,后面的光所示,普通光源发出的光经过偏振片时,后面的光屏是明亮的,说明光透过了偏振片,
16、若转动偏振片,光屏上亮度屏是明亮的,说明光透过了偏振片,若转动偏振片,光屏上亮度不变,说明透光强度不变,可知自然光沿各个方向振动的光波强不变,说明透光强度不变,可知自然光沿各个方向振动的光波强度都相同度都相同图图5-3、4-1名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习偏振片是由特殊材料制成的,其偏振片是由特殊材料制成的,其“狭缝狭缝”用肉眼不能看见,它只用肉眼不能看见,它只允许振动方向与允许振动方向与“狭缝狭缝”平行的光波通过通过偏振片后,自然平行的光波通过通过偏振片后,自然光就变成了线偏振光光就变成了线偏振光名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学
17、 习习线偏振光线偏振光在在垂直于传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动的光垂直于传播方向的平面上,只沿着某个特定的方向振动的光称线偏振光称线偏振光如经过偏振片后的自然光是线偏振光,若线偏振光再经过一个如经过偏振片后的自然光是线偏振光,若线偏振光再经过一个偏振片后,情况会怎样呢?如图偏振片后,情况会怎样呢?如图5-3、4-2甲所示,当两偏振片甲所示,当两偏振片的的“狭缝狭缝”平行时,光屏上仍有亮光透射光的强度最大但平行时,光屏上仍有亮光透射光的强度最大但是,比通过一块偏振片时要弱当两偏振片的是,比通过一块偏振片时要弱当两偏振片的“狭缝狭缝”相互垂相互垂直时,透射光的强度最弱几乎为零,光屏上是
18、暗的如图直时,透射光的强度最弱几乎为零,光屏上是暗的如图5-3、4-2乙所示乙所示名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习图图5-3、4-2名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习获得线偏振光的两种方式获得线偏振光的两种方式(1)让自让自然光通过偏振片然光通过偏振片(2)自然光射到两种介质的交界面上,使反射光和折射光之间的夹自然光射到两种介质的交界面上,使反射光和折射光之间的夹角恰好是角恰好是90,反射光和折射光都是偏振光,且线偏振方向相互,反射光和折射光都是偏振光,且线偏振方向相互垂直垂直平时我们所看到的光,除直接从光源射来的以外都是线偏振
19、光平时我们所看到的光,除直接从光源射来的以外都是线偏振光名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习三、激光的产生、特性及应用三、激光的产生、特性及应用普通光源的发光机理及特点普通光源的发光机理及特点(1)发发光机理:光是从物质的原子中发射出来,原子获得能量后光机理:光是从物质的原子中发射出来,原子获得能量后处于不稳定状态,它会以光的形式把能量发射出去处于不稳定状态,它会以光的形式把能量发射出去(2)特点:普通光源特点:普通光源(如白炽灯丝如白炽灯丝)中的原子在什么时候发光,朝中的原子在什么时候发光,朝哪个方向发光都是不确定的,发出的光的频率也不一样,这样哪个方向发光都是
20、不确定的,发出的光的频率也不一样,这样的光在叠加时就不能发生干涉,是非相干光的光在叠加时就不能发生干涉,是非相干光名名 师师 解解 疑疑分分 类类 例例 析析自自 主主 学学 习习激光和激光的产生激光和激光的产生(1)激激光的特性光的特性激光是原子的受激辐射产生的光发光的方向、频率、偏振方向激光是原子的受激辐射产生的光发光的方向、频率、偏振方向均相同,两列相同激光相遇可以发生干涉,激光是相干光激光均相同,两列相同激光相遇可以发生干涉,激光是相干光激光是人工产生的光能达很高的强度是人工产生的光能达很高的强度(2)激光的产生激光的产生在现代科学技术中用多次反射和折射起偏能够在激光器内产生振在现代科
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