《光现象解析》课件.ppt

*************************************光栅原理1000+每毫米刻线数典型光栅的刻线密度，决定了分辨能力λ波长测量精度可达纳米级别，是精密光谱分析的基础N光栅刻线总数影响分辨率，N越大分辨率越高d?sinθ=mλ光栅方程描述各级衍射光的方向光栅是由大量等间距平行狭缝或反射条纹组成的光学元件，是光谱分析的重要工具。当光照射到光栅上时，每个缝都产生衍射，而这些衍射光又相互干涉，在特定方向上形成强增强，产生明亮的衍射谱线。不同波长的光衍射角度不同，从而实现光的分解。光栅的分辨本领R=mN，其中m是衍射级数，N是光栅总缝数。现代高精度光栅可以分辨波长差仅为0.1纳米的两条谱线。光栅分光相比棱镜有显著优势：线性分布的光谱、更高的分辨率，以及可用于不同波段（从紫外到远红外）的光谱分析。光栅技术在天文光谱学、激光技术和材料科学等领域有广泛应用。光的偏振偏振本质光作为横波，其电场振动方向垂直于传播方向。自然光中，电场振动方向随机分布在垂直于传播方向的平面内。当电场振动被限制在特定方向时，光就成为偏振光。根据电场振动特点，偏振可分为线偏振（电场在一个固定方向振动）、圆偏振（电场端点绕传播方向做圆周运动）和椭圆偏振（电场端点绕传播方向做椭圆运动）。产生方法偏振光可通过多种方式产生：选择性吸收：如偏振片，只透过特定振动方向的光反射：光在介质表面反射时，当入射角为布儒斯特角时，反射光完全偏振双折射：光在方解石等各向异性晶体中分裂为两束偏振光散射：光被小颗粒散射时产生部分偏振，如天空蓝光偏振现象是光的波动性的又一重要证据。横波才能表现出偏振特性，而纵波不能。因此，光的偏振现象直接证明了光是一种横波，而非纵波。这一结论对于理解光的本质至关重要，也为麦克斯韦电磁理论提供了实验支持。偏振片应用摄影滤镜偏振滤镜可以消除非金属表面的眩光，增强天空蓝色，提高照片对比度。拍摄水面、玻璃和树叶等有反光的物体时特别有用。在风景摄影中，偏振滤镜能穿透水面反光，显示水下景物；也能去除植物叶面反光，展现更饱和的绿色；同时能增强天空蓝色与白云的对比度。LCD显示技术液晶显示器利用偏振片和液晶分子的共同作用控制光的通过。典型LCD包含两片正交放置的偏振片，中间是可受电场控制的液晶层。当没有电压时，液晶分子排列使光的偏振方向旋转90°，光可通过；施加电压后，液晶排列变化，光无法通过第二片偏振片，形成暗区，从而显示图像。应力分析光弹性技术利用双折射效应研究材料在应力作用下的变形。当透明材料受力时会产生双折射现象，使偏振光发生变化。在两片交叉偏振片之间放置受力的透明模型，可观察到彩色条纹，这些条纹直接反映了材料内部的应力分布，广泛用于工程设计和失效分析。光与电磁波谱无线电波波长：1毫米以上，频率：300GHz以下应用：广播、通信、雷达、WiFi、蓝牙微波波长：1毫米-1厘米，频率：30-300GHz应用：微波炉、通信卫星、雷达、天文观测3红外线波长：700纳米-1毫米，频率：300GHz-430THz应用：夜视、热成像、遥控器、光纤通信可见光波长：400-700纳米，频率：430-750THz应用：照明、摄影、光学仪器、显示技术5紫外线波长：10-400纳米，频率：750THz-30PHz应用：消毒杀菌、荧光分析、光刻、维生素D合成X射线波长：0.01-10纳米，频率：30PHz-30EHz应用：医学影像、晶体结构分析、安检伽马射线波长：小于0.01纳米，频率：超过30EHz应用：癌症治疗、材料缺陷检测、天文观测红外线热辐射特性红外线波长范围约为700纳米至1毫米，能够被物体吸收并转化为热能。所有温度高于绝对零度的物体都会辐射红外线，温度越高辐射越强，峰值波长越短（维恩位移定律）。热成像技术红外热像仪能探测物体发出的红外辐射，并将其转换为可见图像，不同温度以不同颜色显示。广泛应用于夜视、建筑节能检测、电气设备故障诊断、森林火灾监测和军事侦察等领域。遥控通信红外遥控器发射编码的红外脉冲信号，接收设备解码执行相应操作。这种方式成本低廉、能耗低，但需要直线视距且受干扰易受影响，适用于短距离控制。医疗应用红外热疗利用红外线的热效应缓解肌肉疼痛、促进血液循环；红外光谱分析可无创检测血糖；远红外技术还应用于理疗、桑拿等保健设备中，具有深层加热作用。紫外线紫外线是波长在10-400纳米之间的电磁辐射，根据波长和生物效应可分为UVA(315-400nm)、UVB(280-315nm)和UVC(100-280nm)。太阳是地球上最主要的紫外线源，但大部分被