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金相顯微鏡光學(xué)知識講解
光
光波是一種橫波,也有各種頻率。其波形按強(qiáng)度的大小沿著傳播方向成正弦波分布。
若光以速度V沿著OX方向傳播,兩峰之間的距離稱作波長,用λ表示,波長隨顏色有差異,即使同樣顏色通過不同媒介后也會發(fā)生變化。光亮度取決于振動量的大小,用Y表示,其關(guān)系式如下:
Y=A sin 2π(t/T-x/λ)
λ=VT=V/F
ω=2π/T=2πF
式中:t——時(shí)間;x——相位;A——振幅決定光的強(qiáng)度;λ——波長;F——頻率;ω——角頻率決定光的顏色;V——速度;T——周期
光波通過透鏡或在樣品上反射常導(dǎo)致波陣面的推遲——它決定了光的相位。
光除了波動性外還具有明顯的粒子性。光的波動和粒子兩方面相互并存的性質(zhì)稱為光的波粒二相性。
具有單一頻率的光稱為單色光。光源中一個(gè)分子在某一瞬時(shí)所發(fā)出的光具有特定的頻率,原本是單色性的。但是,光源中有大量分子或原子,所發(fā)出的光具有各種不同頻率,這種由各種頻率復(fù)合起來的光稱為復(fù)色光(如太陽光、白熾燈光等)。但復(fù)色光通過三棱鏡時(shí),由于各種頻率的光在玻璃中的傳播速度各不相同,折射率也不同,致使復(fù)色光中各種不同頻率的光將按不同的折射角分開,成為一個(gè)色散的光譜,像彩虹一樣按照波長(頻率)排列分布。
光的反射和折射
根據(jù)光具有波動性和粒子性的特點(diǎn),可以分別用物理光學(xué)和幾何光學(xué)兩部分理論來描述光的特性和傳播方式。在顯微鏡中幾何光學(xué)應(yīng)用較多,從簡單的棱鏡、透鏡等零部件到多功能的大型金相顯微鏡,整體都是根據(jù)幾何光學(xué)定律設(shè)計(jì)的。
光線在各向同性的均勻介質(zhì)中是直線傳播的。
在各向同性的均勻介質(zhì)中,兩條光線相交,在相交后可繼續(xù)傳播,而互不影響。
光線射在不同介質(zhì)面上,其方向發(fā)生改變,遵守折射定律和反射定律。
反射光線與入射光線和法線都在同一個(gè)平面上,且它們分別在法線的兩邊。
出射的反射角θ′等于入射角θ,即θ=θ′
折射光線與入射光線和法線都在同一個(gè)平面上,且它們分別在法線的兩邊,見圖5-4。
光在不同介質(zhì)中的傳播速度各不相同,在光密介質(zhì)中速度慢,在光疏介質(zhì)中速度快,在真空中速度最快。
在折射時(shí),入射角θ1的正弦和折射角θ2的正弦之比等于光在兩種介質(zhì)中傳播速度之比(參見圖5-4)。
sinθ1/sinθ2= V1/V2(5-4)
式中:V1、V 2為光在兩種介質(zhì)中的傳播速度。
由式(5-4)可得出:
V2sinθ1= V1sinθ2(5-5)
從而可得出這樣的結(jié)論:光線從光疏介質(zhì)(V快)進(jìn)入光密介質(zhì)(V慢)時(shí),折射角小于入射角;反之,光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),折射角大于入射角。
光線在同一介質(zhì)中的傳播速度是個(gè)定值。因此,對于給定的兩種介質(zhì)來說,入射角θ1的正弦和折射角θ2的正弦之比總是一個(gè)常數(shù)。用n21表示:
n21 = sinθ1/sinθ2(5-6)
常數(shù)n21稱做光線從第一種介質(zhì)射入第二種介質(zhì)時(shí)的折射率。
結(jié)合(5-4)式即得:
n21= sinθ1/sinθ2= V1/V 2(5-7)
如果光線是從真空入射到某種介質(zhì)里,它在真空里的傳播速度用C表示,在介質(zhì)里的傳播速度用V表示,根據(jù)(5-7)式
n = sinθ1/sinθ2= C/V2(5-8)
光線從真空入射到某種介質(zhì)里的折射率n,叫做該介質(zhì)的絕對折射率,簡稱為該介質(zhì)的折射率。
光在空氣里的傳播速度比在真空里的傳播速度C略小一點(diǎn)(相差甚少),所以可看成是相等的,即空氣折射率近似等于1,因此常把光線從空氣射入某種介質(zhì)的折射率當(dāng)作這一介質(zhì)的折射率。
n1= C/V1 ;n2= C/V2
代入式n21 = sinθ1/sinθ2= n2/ n1
當(dāng)光線從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí),根據(jù)公式(5-9):sinθ1/sinθ2= n2/ n1 即:n1>n2;當(dāng)折射角θ2 = 90°時(shí),sinθ2= 1;如果繼續(xù)增大入射角θ1,光線就不產(chǎn)生折射現(xiàn)象,而全部反射回光密介質(zhì)中,這就是全反射現(xiàn)象。剛開始發(fā)生全反射現(xiàn)象的入射角就稱之為“臨界角",用θc表示