第二章 波动光学基本原理 - 图文

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第二章 波动光学基本原理 第六课

§2.8 光学仪器的分辨本领 一、夫琅和费圆孔衍射

将夫琅和费单缝衍射装置中的单缝换成圆孔，就可以在屏幕上观察到夫琅和费圆孔衍射的图样.它的中央是个明亮的圆斑，外面分布着几圈很淡的亮环.设圆孔的半径为R,屏幕上P点对应的衍射角为?。

夫琅和费圆孔衍射图样中央是一很亮的圆斑,集中了衍射光能量的83.8%, 通常称为爱里斑 . 它的中心是点光源的几何光学像 , 半角宽?0决定于第一极小的衍射角

爱里斑的半角宽：

爱里斑的半径为：

f2'为透镜L2的焦距.

二、瑞利判据

物体成像，不同物点所发光波是不相干的，因此，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.

式中D=2R,为圆孔的直径 .

瑞利判据：两物点的衍射光斑，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.

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三、光学仪器的分辨本领

任何透镜,反射镜都有通光孔径,即使不加光阑,入射光波也会受到限制.因此,任何光学仪器,即使像差得到了很好的教正或消除,点物也不会成点像,而是形成衍射光斑,这直接影响了成像质量.若物面上的两物点的衍射斑重叠的厉害,就不能分辨出是两物点,这就有了光学仪器的分辨本领. (1) 人眼的分辨本领

由瑞利判据,若AB恰可分辨,则Ａ'的中央极大与B?的第一极小恰相重叠

眼外最小分辨角

眼内最小可分辨角

式中R为瞳孔半径，??????n?为光在眼内波长.

(2) 望远镜的分辨本领

望远镜的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为物镜的通光孔径.

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(3) 显微镜的分辨本领

若两近轴物点A1 A2恰可分辨,则

显微镜可分辨的两物点的最小距离为：

它是用来量度显微镜的分辨本领,nsinu为数值孔径.

提高显微镜分辨本领的途径:(1) 增大数值孔径.采用油浸物镜,可使分辨率提高n倍

(2) 采用短波,用紫外光,但是透紫外光的材料种类有限,无法教正各种像差.

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第二章 波动光学基本原理 第七课

§2.9 光的偏振

光的干涉和衍射现象表明光是一种波动，但这些现象还不能告诉我们光是纵波还是横波。本节要介绍的光的偏振现象清楚地显示光的横波性，这一点是和光的电磁理论完全一致的，或者说，这也是光的电磁理论的一个有力的证明。

光波按偏振态来划分，可分为三大类： (1)自然光 (2)完全偏振光 (3)部分偏振光 (1)自然光

用一块偏振片P来检验普通光源（如太阳、电灯）发出的光。当我们转动P的透振方向时，透射光的强度I并不改变，这是为什么呢？光是光源中大量原子或分子发 出的，在普通光源中各原子或分子发出的光波不仅初位相彼此无关联，它们的振动方向也早杂乱无章的。因此宏观看起来，入射光中包含了所有方向的横振动，而平 均说来它们对于光的传播方向形成轴对称分布，哪个横方向也不比其它横方向更为优越。具有这种特点的光叫做自然光。任何光线通过偏振片后剩下的只是振动沿其 透振方向的分量，透射光的强度等到于这分量的平方。由于自然光中各振动的对称分布，它们沿任何方向的分量造成的强度I都一样，它等于入射总强度I0之半。

普通光源中包含许许多多分子和原子,不同的原子或分子所发光,或同一原子不同时刻所发光波,其振动方向、振幅、初始相位各不相同。用来表示垂直于光传播方向的平面内光振动方向的矢量图,叫做迎光矢量图。该图表示迎着光传播方向看到的光振动的情况。在迎光量图上, 自然光是一些均匀分布的辐射线。

(2)完全偏振光

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.