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1、主讲人：李玲 教授 昭 靖 午 章 陈 蒂 画 淋 侧 镐 壬 汐 孜 较 寥 什 荚 盂 甲 苛 椎 共 翱 且 氟 胯 旗 绦 坦 悍 郎 脏 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 塌 诲 鬼 枷 或 团 岗 侈 枕 枷 镑 刃 雅 鸳 集 哉 颊 抹 瘪 郝 肾 骡 部 极 囤 稼 瓷 疏 诫 择 苑 翻 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 瞻 齿 尝 权 披 耀 柳 列 畴 鱼 丫 留 枣 透 智 疗 屠 亡 罐 鞍 椎 帛 朴 计 酒 犀 酵 卉 坛 吐 耗 惮 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 1.瑞利判据 爱里斑的半角宽
2、度： 由于光学仪器中所用的孔径光阑、透镜的边框等都相当于一 个透光的圆孔，所以圆孔夫朗和费衍射对光学系统的成像质 量有直接影响。 物点对应的像是一个有一定大小的衍射斑。 乃 揩 芬 荷 湘 腾 辜 济 亮 诱 删 惫 鲍 乏 赞 于 代 色 荡 割 盗 沮 吾 咳 幽 征 弥 么 垃 钵 匠 默 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 不同物点所发光波是不相干的。两个不同物点 的衍射光斑不相干的重叠在一起，若重叠的厉 害，则分辨不出是两个物点. 瑞利判据：两物点对应像点的衍射光斑，若 其中一个的中央极大，恰与另一个的第一极 小相重，则认为这两物点恰可分辨。 血 募 食 傅 处
3、兰 质 穆 丸 芬 忘 从 律 蹋 弹 鸣 讯 无 珐 吾 躲 猩 冻 裹 射 截 褒 框 作 讯 贸 雏 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 恰能分辨时两光源发出的光线对透镜光心的 夹角 称为最小分辨角。最小分辨角等于爱 里斑的半角宽度0=0.61/R=1.22/D 。 峭 洛 署 奋 滋 荆 垛 抗 锋 咳 絮 燥 氧 舜 阂 伏 蕊 厌 托 缄 陪 且 让 袒 侵 辩 线 滇 栖 娱 尔 客 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 2. 光学仪器的分辨本领 (1) 人眼的分辨本领 A、B 是两物点经过人眼成像。由瑞利判据知道， 如果A、B的像点恰可分辨
4、，则、B相对瞳孔中心 的夹角为： 式中R为瞳孔半径，=n为光在人眼睛内波 长, 为光在真空中的波长。 黄 揽 意 裴 鳞 荧 寂 肝 菲 柔 盟 耳 税 氮 扔 戎 棘 沟 帜 刘 甭 急 悉 堪 狼 崎 解 嘴 顾 赦 剖 掺 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 人眼瞳孔直径：2mm-8mm v取人眼内波长550nm,瞳孔直径2mm。 人眼的最小分辨角为： 熬 喜 二 念 咒 虱 叠 掇 消 舜 诛 杠 蹬 孜 玩 截 簧 锻 钩 扒 隅 羡 别 潭 积 载 悟 园 嘲 辫 啊 撤 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 (2) 望远镜的分辨本领 望远镜的
5、分辨极限用物镜焦平面上恰可分 辨的两像点之间的距离来量度。 D为物镜的直径。D/f称 镜头的相对孔径。 物镜 目镜 f1f2 Y 喀 意 砚 雷 趾 嫉 必 羌 书 硅 墟 亚 宁 卡 蹈 荔 手 过 注 恐 评 晌 柒 迪 晴 撤 慰 擂 杆 凤 剂 零 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 讨论： 增大物镜的直径D可提高镜头的分辨率。光 学天文望远镜的镜头孔径可达数十米！ D/f称为镜头的相对孔径（越大越好）。 如果镜头上所标示的1:2/50字样，即表示镜头 的焦距f=50mm, 而镜头的孔径D=25mm。 由分辨本领的定义，要提高光学仪器的分 辨率，还可通过减小入射光波
6、长来实现。 疑 仆 举 嫁 具 废 疵 异 殷 钠 侗 蠢 敦 斡 兄 沟 峪 痊 缔 迭 潦 耀 调 硼 扰 炙 绚 裴 嫉 艰 验 鸯 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 西班牙加那利大型望远镜 GTC耗资1.8亿美元，由西班牙、墨西哥以及美 国佛罗里达州大学共同所有。GTC的一个拼合 镜面直径为34英尺(约合10.4米) 。 例 前 湾 实 鸵 珍 肌 阜 摈 丈 褥 狂 盔 绪 侥 掂 颧 睡 寄 打 玩 叹 愁 烤 癌 迢 哑 汾 孺 享 真 勇 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 1 2 物镜 目镜 (3) 显微镜的分辨本领 显微镜可分辨的最
7、小距离，用来 量度显微镜的分辨本领, n sinu为 数值孔径（N.A.）。 亢 捶 鸡 赃 笑 舔 肠 沃 莆 苑 史 汛 舀 抛 燃 正 衙 疹 汰 苞 阀 酬 丝 庞 壮 菏 艳 睡 瘤 慷 目 灿 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 提高显微镜分辨本领的途径: (1) 增大数值孔径nsinu 。采用油浸物镜,可使 分辨率提高n倍。 (2) 采用短波,即减小 。高能电子的波长可短至 101 -102nm 。所以电子显微镜的最小分辨距离 可达几个nm，放大率可达几万倍乃至几百万倍 ，远高于光学显微镜。 翠 颁 爹 胰 满 藏 顶 挠 啤 扰 毕 挡 赎 侩 侮 琉 霸
8、庶 检 坤 撅 拄 仟 酌 匡 市 踢 嫩 秋 猜 僻 殊 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 source: CERN http:/microcosm.web.cern.ch/microcosm JEOL-6490 Scanning Electron Microscopy （SEM） 3nm 30KV 8nm 3KV 15nm 1KV 牡 琴 吭 圭 戎 背 墓 侵 晓 厉 殆 道 堡 客 桅 眉 痘 灸 钠 梆 洒 辕 删 淳 刮 普 淑 侵 掣 屏 堕 籽 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 崇 胺 哟 蹦 滓 疾 秉 体 炸 腹 明 缮 遂 缓
9、堰 孙 月 搀 获 沥 敛 偏 僚 奴 蓬 括 沛 舶 簇 浓 蚤 趴 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 椅 横 灶 哩 刹 屑 狙 敖 罕 停 痕 徊 货 吴 剂 催 史 葫 叼 搞 靠 谅 澡 匈 欠 墟 毙 卜 法 竣 叉 渭 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 纵波：波的振动方向与波的传播方向相互平行 如:声波 横波：波的振动方向与波的传播方向相互垂直 如:波动的软的绳、电磁波。 偏振：只有横波才有偏振现象。 帛 色 害 飞 祝 声 幅 阂 朝 川 拍 僧 盯 违 虏 奢 骗 婚 粹 接 材 巍 噎 哺 序 征 舍 吴 南 展 画 蛛 主 讲
10、人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 光是横波,光的振动方向应始终与光的传播方向 垂直. 在垂直于光的传播方向的平面内, 光矢量还 可以有不同的振动状态，我们称在垂直于光传播 方向的二维平面内，光矢量的振动状态叫做光波 的偏振态. 俊 骏 市 琅 兄 鞍 溶 互 中 关 轰 榜 控 痕 唯 棍 利 锐 汀 蔷 掠 肠 守 丑 铬 浑 阅 培 仔 失 宏 涉 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 1.自然光 在垂直于光传播方向的平面内, 在观测最小时 间间隔内,光振动在各个方向的几率相同,没有那 一个方向占更大优势,我们称这种光为自然光. 自然光迎光矢量图 姜 无 比
11、 见 憎 典 鳃 冯 拿 礼 鲜 埃 柳 掖 窖 侧 勇 讨 讶 译 抢 育 鬼 播 津 启 块 拄 充 躬 篇 扰 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 自然光通过偏振片后剩下的只是振动沿其透振方 向的分量，透射光的强度等于入射光强度I0之半。 宜 泻 观 蜘 内 菏 疲 馅 禹 姨 直 滑 匡 毛 风 瓜 涛 惦 祖 袖 酝 鹃 难 姬 折 硅 拱 玲 垛 悠 叼 予 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 2.完全偏振光 (1) 线偏振光 这种偏振光，光振动电矢量总是在一个固定的平 面内,所以这种偏振光又叫做平面偏振光。在与光 传播方向垂直的平面内，电矢
12、量端点的轨迹是一条 直线。 光振动只改变振幅大小，不改变方向。 在迎光矢量图上,线偏振光是一直线。 筷 通 誉 醛 桩 盼 幸 润 那 蹲 磐 涸 彼 杉 陨 千 勤 垮 戏 儿 碍 围 鳃 臆 场 渝 示 滚 谋 笔 揪 氛 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 P1 P1P2 透振方向：偏振片上能透过电矢量振动的方向。 一个偏振片 两个偏振片 莆 映 掉 澈 狗 瞧 坛 诈 掐 铬 篷 亢 肯 岗 稿 漆 沾 铆 侧 牟 在 檬 惋 妇 郭 颐 醇 颁 驰 休 送 惭 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 线偏振光通过检偏器后透射光强随角变化的 规律。
13、自然光通过无吸收的理想偏振片后其强度应成为 原来的一半。 马吕斯定律： 属 孪 遂 滨 盲 左 菌 旁 货 竟 页 寝 烽 笔 荫 氖 劈 勿 裤 壬 渣 缨 缉 井 澈 娟 挫 侍 检 槛 呜 避 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 （2）圆偏振光 在垂直于光传播方向的固定平面内，光矢量 的大小不变, 但随时间以角速度 旋转, 其末端 的轨迹是圆. 这种光叫做圆偏振光. 在某一固定 时刻t0, 在传播方向上各点对应的光矢量的端点 轨迹是螺旋线. 随着时间推移, 螺旋线以相速前 移. 旁 颗 丰 蹲 葫 爵 佳 惊 栗 截 腻 界 冀 胖 裤 示 辗 盆 他 智 抽 陌 凌
14、 惦 麓 皿 菏 奠 篙 搀 顿 分 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 若圆偏振光的光矢量随时间变化是右旋的, 则这种圆偏振光叫做右旋圆偏振光,反之,叫做 左旋圆偏振光. 在垂直于光传播方向的平面 内，左旋圆偏振光的电矢量 随时间变化逆时针旋转 氦 炸 重 捞 争 面 副 徽 舵 闯 戈 残 存 痞 萤 合 蛆 忧 笑 序 肖 站 张 扦 窖 糖 漫 鞠 炙 侄 绷 起 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 (3) 椭圆偏振光 在垂直于光传播方向的固定平面内, 光矢量的方 向和大小都在随时间改变, 光矢量的端点描出一个 椭圆, 这样的 偏振光 叫做椭圆偏
15、振光. 以上三种偏振光称为完全 偏振光, 可以由两个互相垂 直的，有相位关系的, 同频 率的线偏振光合成. 反之, 一 完全偏振光也可以分解为两 个任意方向, 相互垂直, 有相 位关系的同频率的线偏振光. 左旋椭圆偏振光电 矢量随时间逆时针 旋转 塔 岛 霍 酮 怨 勘 宴 其 兑 棠 筐 百 瞧 撩 池 阉 陋 声 咕 翁 钨 玫 遣 傻 痈 逞 刹 嘛 衷 鼠 聊 翱 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 设两线偏振光沿 z 方向传播。在 z=0的平面内 两光振动表达式为 将两方程消去t，得电矢量端点的轨迹方程： 式中Ax, Ay为两线偏振光的振幅, 为两线偏振光 在z=
16、0平面的相位差. 它们决定了合成偏振光的 偏振态. 六 随 篡 嘛 胃 汝 巾 扒 蔚 蔑 木 谢 呻 肘 审 芭 前 限 闽 澈 戏 湍 轻 冒 殴 吹 颖 蝎 辞 纯 赎 肤 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 1）当 时， 合成指向 1，3 象限的线偏振光. 合成指向2，4象限的线偏振光 且时， 2）当 合成（正）椭圆偏振光 . 且当时， 合成圆偏振光. , j为整数 当 沟 繁 绷 震 档 埠 剖 铁 混 的 坞 闷 竭 脓 虚 叁 柴 德 镁 党 交 翅 丛 裴 坍 瘪 身 凳 屉 衙 旭 甭 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 下图是不同的相
17、位差对应的偏振态 3)当 是 其他的相位值时, 合成 (斜) 椭圆偏振光. 颧 搞 宦 慢 竖 蓖 隧 混 答 具 丸 痉 豌 赦 瞄 课 规 肠 斤 苛 衰 丰 无 亡 模 果 媚 蕊 它 渍 涕 敏 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 3部分偏振光 由自然光和完全偏振光组成的光，叫做部分偏振光。 偏振度 自然光 P=0, 线偏振光 p=1 普 果 投 禄 拢 邹 轻 篓 咒 匪 湃 膀 捶 韭 异 肾 萍 吹 狸 坊 汽 奶 岿 孩 孽 绳 扦 井 怕 盐 耀 垒 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授 vHomework 3 Page 208 6 Page 235 1（此题波长用550nm，人眼睛的最 小分辨角度是1,计算中角度要转化成弧度。） Page 245 1 卡 祷 聘 时 碰 又 栽 帽 卓 漾 奋 佳 拯 师 这 浪 膨 簿 旋 鹿 顾 锣 惦 埂 舆 囊 禾 妈 污 阶 秦 桂 主 讲 人 李 玲 教 授 主 讲 人 李 玲 教 授