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材料結構分析基礎(第二版) 版權信息
- ISBN：9787030279927
- 條形碼：9787030279927 ; 978-7-03-027992-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
材料結構分析基礎(第二版) 內容簡介
本書介紹材料微觀結構分析的基本原理、分析儀器與分析方法。全書分兩大部分：基礎理論與分析方法。**部分講述與材料結構分析有關的物理學基礎以及材料結構的基本知識，包括光、電子、離子、原子、分子的性質，晶體結構與晶體結構的表征方法。第二部分介紹一些現代常用的材料分析儀器及其對材料成分、結構與形貌的分析方法，包括顯微和衍射、光譜、能譜和質譜，以及利用材料物理、化學性質進行結構分析的方法。
材料結構分析基礎(第二版) 目錄
目錄
第二版前言
**版序
**版前言
第1章 物理學基礎 1
1.1 粒子與波 1
1.1.1 光與X射線 1
1.1.2 實物粒子 4
1.2 衍射與成像 5
1.2.1 概述 5
1.2.2 散射波疊加 5
1.2.3 縫、孔衍射 7
1.2.4 光柵衍射 9
1.2.5 透鏡成像 15
1.3 原子結構與光譜 21
1.3.1 原子的殼層結構 21
1.3.2 原子的激發與電離 25
1.3.3 特征輻射 26
1.3.4 俄歇電子 29
1.3.5 核 30
1.4 分子結構與光譜 33
1.4.1 分子結構 33
1.4.2 分子振動能級與分子振動光譜 38
1.4.3 分子轉動能級與分子轉動光譜 39
1.4.4 分子軌道能級和分子電子光譜 40
1.4.5 分子光譜 41
1.5 光與物質的相互作用 42
1.5.1 概述 42
1.5.2 散射 43
1.5.3 原子散射因子 46
1.5.4 吸收與衰減 48
1.5.5 吸收體的物理效應 50
1.6 帶電粒子在電磁場中的運動 51
1.6.1 帶電粒子的電磁輻射 51
1.6.2 電磁場對帶電粒子的作用 52
1.6.3 電子透鏡 52
1.7 帶電粒子與物質的相互作用 54
1.7.1 概述 54
1.7.2 帶電粒子的射程 55
1.7.3 電子的相干散射 57
1.7.4 電子與物質的相互作用 59
1.7.5 離子與物質的相互作用 61
習題 62
第2章 固體結構 65
2.1 晶體 65
2.1.1 晶體的形成 65
2.1.2 晶體結構 66
2.2 晶體的對稱性 68
2.2.1 對稱的概念 68
2.2.2 晶體的宏觀對稱性 68
2.2.3 晶體的微觀對稱性 72
2.2.4 晶體結構的表示式 77
2.3 晶面與晶向 78
2.3.1 晶面指數與晶向指數 78
2.3.2 晶面間距、晶面夾角 80
2.3.3 晶帶 83
2.4 晶體投影 84
2.4.1 球面投影 84
2.4.2 極射平面投影和烏氏網 85
2.4.3 標準投影圖 89
2.5 晶體衍射理論（一） 90
2.5.1 晶體衍射的運動學理論 90
2.5.2 勞埃方程與布拉格方程 91
2.5.3 勞埃方程和布拉格方程的不確定性 94
2.5.4 薄晶體以及晶體表面的衍射 98
2.6 晶體衍射理論（二） 99
2.6.1 晶胞的衍射強度 99
2.6.2 單晶體的衍射強度 102
2.6.3 多晶體的衍射強度 104
2.6.4 溫度因子 105
2.7 晶體缺陷和實際晶體 106
2.7.1 理想晶體和實際晶體 106
2.7.2 調制結構 106
2.8 準晶、非晶、膠體和液晶 107
2.8.1 準晶體 107
2.8.2 非晶體 107
2.8.3 膠體 109
2.8.4 液晶 111
2.9 材料結構分析 113
2.9.1 材料結構分析的概念 113
2.9.2 材料結構分析的方法 115
習題 117
第3章 光譜分析 119
3.1 光的檢測與光譜儀 119
3.1.1 光的檢測 119
3.1.2 光柵光譜儀 121
3.1.3 傅里葉變換 123
3，1.4 傅里葉射頻波譜儀 124
3.1.5 傅里葉紅外光譜儀 125
3.2 發射光譜分析 127
3.2.1 原子發射光譜儀 127
3.2.2 制樣 129
3.2.3 原子發射光譜的譜線 130
3.2.4 原子發射光譜的分析方法 131
3.3 紫外-可見吸收光譜分析 135
3.3.1 紫外-可見吸收光譜儀 135
3.3.2 紫外吸收光譜 137
3，3.3 試樣制備 142
3.3.4 分析應用 142
3.3.5 原子吸收光譜法 145
3.4 紅外吸收光譜分析 148
3.4.1 基本原理 148
3.4.2 傅里葉紅外吸收光譜儀 150
3.4.3 試樣 151
3.4.4 紅外光譜解析 152
3.4.5 紅外光譜應用 157
3.4.6 拉曼散射光譜分析 159
3.5 核磁共振吸收波譜分析 161
3.5.1 基本原理 161
3.5.2 核磁共振波譜儀 161
3.5.3 試樣 163
3.5.4 化學位移與自旋分裂 163
3.5.5 核磁共振氫譜及應用 168
3，5.6 13C核磁共振 170
3.5.7 核磁共振成像原理 171
習題 171
第4章 質譜和色譜 173
4.1 離子的檢測與質譜儀 173
4.1.1 離子檢測器 173
4.1.2 磁偏轉型質量分析器 174
4.1.3 四極桿質量分析器 175
4.2 質譜分析方法 176
4.2.1 質譜儀工作原理 176
4，2.2 質譜儀主要性能 179
4.2.3 質譜圖及譜線的測量 179
4.2.4 有機質譜中的離子峰 180
4.2.5 有機化合物相對分子質量的測定 183
4.2.6 有機化合物定性分析 185
4.2.7 有機化合物的定量分析 188
4，2.8 有機質譜的應用 188
4.2.9 無機質譜分析方法 188
4.3 色譜 189
4.3.1 概述 189
4.3.2 氣相色譜分析 191
4.3.3 氣相色譜-質譜聯用分析 197
4.3.4 高效液相色譜 200
4.3.5 平板色譜法 203
習題 205
第5章 X射線分析 206
5.1 X射線的檢測與X射線譜儀 206
5.1.1 二維圖像的記錄 206
5.1.2 X射線光粒子計數器 206
5.1.3 X射線能譜儀 208
5.1.4 X射線分光計 210
5.1.5 單色器 213
5.2 X射線熒光譜分析 214
5.2.1 X射線熒光譜儀 214
5.2.2 X射線的二次激發 216
5.2.3 波譜圖 217
5.2.4 熒光X射線定性分析 218
5.2.5 熒光X射線定量分析 219
5.2.6 能譜圖與定性、定量分析 221
5.2.7 能譜儀和波譜儀的比較 221
5.3 粉末衍射分析 222
5.3.1 多晶體的X射線衍射強度 223
5.3.2 德拜法照相 224
5.3.3 粉末衍射儀 224
5.3.4 試樣制備與掃描測試 228
5.3.5 衍射圖譜 229
5.3.6 單相物質的晶型分析 234
5.3.7 物質的物相定性分析 236
5.3.8 物質的物相定量分析 239
5.3.9 點陣常數的精確測定 243
5.3.10 宏觀應力分析 246
5.3.11 微晶尺寸和微觀應力的測試 249
5.4 單晶衍射分析 250
5.4.1 勞埃法 250
5.4.2 旋轉晶體法 254
5.5 多晶織構分析與針孔法 256
5.5.1 織構 256
5.5.2 織構的表示與多晶體極圖 256
5.5.3 針孔法與多晶織構試樣的衍射 257
5.5.4 織構的測定 259
習題 261
第6章 光學顯微鏡 263
6.1 像的觀察與記錄 263
6.2 光學金相顯微分析 264
6.2.1 光學金相顯微鏡 264
6.2.2 顯微鏡光學性能 266
6.2.3 試樣制備 269
6.2.4 顯微鏡觀察方式 277
6.2.5 攝像 279
6.2.6 偏振光顯微 280
6.2.7 相襯金相 282
6.2.8 顯微硬度及其測定 285
6.3 定量金相 287
6.3.1 基本測量方法 288
6，3.2 定量金相的計算 289
6.3.3 計算機金相圖像分析系統 292
6.4 低倍觀察方法 292
6.4.1 概述 292
6，4.2 檢驗方法 293
6.4.3 體視顯微鏡 294
6.5 透射光學顯微方法 294
6.5.1 復型 294
6.5.2 透射偏光顯微鏡 295
習題 295
第7章 電子顯微方法 297
7.1 電子像的觀察和記錄 297
7.2 透射電子顯微鏡 297
7.2.1 儀器構造 297
7，2.2 儀器性能 300
7.3 試樣制備 302
7.3.1 粉末試樣膜 302
7.3.2 試樣復型 303
7.3.3 薄膜試樣 304
7.4 成像方式 306
7.4.1 顯微成像 306
7.4.2 衍射成像 307
7.5 電子衍射圖像分析 309
7.5.1 電子衍射 309
7.5.2 電子衍射花樣及其幾何特征 311
7.5.3 多晶試樣的物相鑒定及衍射花樣指標化 313
7.5.4 單晶試樣的物相鑒定及衍射花樣指標化 314
7.5.5 選區電子衍射中圖像相對于花樣的磁轉角標定 319
7.5.6 復雜衍射花樣 320
7.5.7 菊池衍射花樣 322
7.6 透射電子顯微圖像分析 324
7.6.1 柱體近似 324
7.6.2 非晶體試樣質厚襯度成像原理 325
7.6.3 復型成像的襯度 325
7.6.4 復型浮雕圖像分析 327
7.6.5 電鏡放大倍數與點分辨本領的測定 327
7.6.6 晶體試樣衍射襯度成像原理 327
7.6.7 雙光束條件 329
7.6.8 理想晶體的衍射強度 331
7.6.9 缺陷晶體的衍射強度 333
7.6.10 堆積層錯 334
7.6.11 位錯 335
7.6.12 疇結構 336
7.6.13 第二相粒子 337
7.6.14 電子衍射運動學理論的局限性 338
7.6.15 薄晶體的高分辨像 338
7.7 低能電子衍射和低能電子顯微鏡 339
7.7.1 低能電子衍射分析 339
7.7.2 低能電子顯微分析 340
習題 342
第8章 探針和掃描顯微分析 344
8.1 電子的檢測與能譜儀 344
8，1.1 電子檢測器 344
8.1.2 電子能量分析器 345
8，1.3 離子能量分析器 347
8.2 電子探針與掃描電子顯微分析 348
8.2.1 電子束轟擊固體試樣激發的物理信號 348
8.2.2 電子探針X射線顯微分析儀 349
8.2.3 掃描電子顯微鏡的結構與工作原理 351
8.2.4 掃描電子顯微鏡的性能 354
8，2.5 試樣制備 356
8.2.6 掃描圖像分析 357
8.2.7 X射線能譜分析 358
8.2.8 背散射電子衍射分析 358
8.2.9 電
第二版前言
**版序
**版前言
第1章 物理學基礎 1
1.1 粒子與波 1
1.1.1 光與X射線 1
1.1.2 實物粒子 4
1.2 衍射與成像 5
1.2.1 概述 5
1.2.2 散射波疊加 5
1.2.3 縫、孔衍射 7
1.2.4 光柵衍射 9
1.2.5 透鏡成像 15
1.3 原子結構與光譜 21
1.3.1 原子的殼層結構 21
1.3.2 原子的激發與電離 25
1.3.3 特征輻射 26
1.3.4 俄歇電子 29
1.3.5 核 30
1.4 分子結構與光譜 33
1.4.1 分子結構 33
1.4.2 分子振動能級與分子振動光譜 38
1.4.3 分子轉動能級與分子轉動光譜 39
1.4.4 分子軌道能級和分子電子光譜 40
1.4.5 分子光譜 41
1.5 光與物質的相互作用 42
1.5.1 概述 42
1.5.2 散射 43
1.5.3 原子散射因子 46
1.5.4 吸收與衰減 48
1.5.5 吸收體的物理效應 50
1.6 帶電粒子在電磁場中的運動 51
1.6.1 帶電粒子的電磁輻射 51
1.6.2 電磁場對帶電粒子的作用 52
1.6.3 電子透鏡 52
1.7 帶電粒子與物質的相互作用 54
1.7.1 概述 54
1.7.2 帶電粒子的射程 55
1.7.3 電子的相干散射 57
1.7.4 電子與物質的相互作用 59
1.7.5 離子與物質的相互作用 61
習題 62
第2章 固體結構 65
2.1 晶體 65
2.1.1 晶體的形成 65
2.1.2 晶體結構 66
2.2 晶體的對稱性 68
2.2.1 對稱的概念 68
2.2.2 晶體的宏觀對稱性 68
2.2.3 晶體的微觀對稱性 72
2.2.4 晶體結構的表示式 77
2.3 晶面與晶向 78
2.3.1 晶面指數與晶向指數 78
2.3.2 晶面間距、晶面夾角 80
2.3.3 晶帶 83
2.4 晶體投影 84
2.4.1 球面投影 84
2.4.2 極射平面投影和烏氏網 85
2.4.3 標準投影圖 89
2.5 晶體衍射理論（一） 90
2.5.1 晶體衍射的運動學理論 90
2.5.2 勞埃方程與布拉格方程 91
2.5.3 勞埃方程和布拉格方程的不確定性 94
2.5.4 薄晶體以及晶體表面的衍射 98
2.6 晶體衍射理論（二） 99
2.6.1 晶胞的衍射強度 99
2.6.2 單晶體的衍射強度 102
2.6.3 多晶體的衍射強度 104
2.6.4 溫度因子 105
2.7 晶體缺陷和實際晶體 106
2.7.1 理想晶體和實際晶體 106
2.7.2 調制結構 106
2.8 準晶、非晶、膠體和液晶 107
2.8.1 準晶體 107
2.8.2 非晶體 107
2.8.3 膠體 109
2.8.4 液晶 111
2.9 材料結構分析 113
2.9.1 材料結構分析的概念 113
2.9.2 材料結構分析的方法 115
習題 117
第3章 光譜分析 119
3.1 光的檢測與光譜儀 119
3.1.1 光的檢測 119
3.1.2 光柵光譜儀 121
3.1.3 傅里葉變換 123
3，1.4 傅里葉射頻波譜儀 124
3.1.5 傅里葉紅外光譜儀 125
3.2 發射光譜分析 127
3.2.1 原子發射光譜儀 127
3.2.2 制樣 129
3.2.3 原子發射光譜的譜線 130
3.2.4 原子發射光譜的分析方法 131
3.3 紫外-可見吸收光譜分析 135
3.3.1 紫外-可見吸收光譜儀 135
3.3.2 紫外吸收光譜 137
3，3.3 試樣制備 142
3.3.4 分析應用 142
3.3.5 原子吸收光譜法 145
3.4 紅外吸收光譜分析 148
3.4.1 基本原理 148
3.4.2 傅里葉紅外吸收光譜儀 150
3.4.3 試樣 151
3.4.4 紅外光譜解析 152
3.4.5 紅外光譜應用 157
3.4.6 拉曼散射光譜分析 159
3.5 核磁共振吸收波譜分析 161
3.5.1 基本原理 161
3.5.2 核磁共振波譜儀 161
3.5.3 試樣 163
3.5.4 化學位移與自旋分裂 163
3.5.5 核磁共振氫譜及應用 168
3，5.6 13C核磁共振 170
3.5.7 核磁共振成像原理 171
習題 171
第4章 質譜和色譜 173
4.1 離子的檢測與質譜儀 173
4.1.1 離子檢測器 173
4.1.2 磁偏轉型質量分析器 174
4.1.3 四極桿質量分析器 175
4.2 質譜分析方法 176
4.2.1 質譜儀工作原理 176
4，2.2 質譜儀主要性能 179
4.2.3 質譜圖及譜線的測量 179
4.2.4 有機質譜中的離子峰 180
4.2.5 有機化合物相對分子質量的測定 183
4.2.6 有機化合物定性分析 185
4.2.7 有機化合物的定量分析 188
4，2.8 有機質譜的應用 188
4.2.9 無機質譜分析方法 188
4.3 色譜 189
4.3.1 概述 189
4.3.2 氣相色譜分析 191
4.3.3 氣相色譜-質譜聯用分析 197
4.3.4 高效液相色譜 200
4.3.5 平板色譜法 203
習題 205
第5章 X射線分析 206
5.1 X射線的檢測與X射線譜儀 206
5.1.1 二維圖像的記錄 206
5.1.2 X射線光粒子計數器 206
5.1.3 X射線能譜儀 208
5.1.4 X射線分光計 210
5.1.5 單色器 213
5.2 X射線熒光譜分析 214
5.2.1 X射線熒光譜儀 214
5.2.2 X射線的二次激發 216
5.2.3 波譜圖 217
5.2.4 熒光X射線定性分析 218
5.2.5 熒光X射線定量分析 219
5.2.6 能譜圖與定性、定量分析 221
5.2.7 能譜儀和波譜儀的比較 221
5.3 粉末衍射分析 222
5.3.1 多晶體的X射線衍射強度 223
5.3.2 德拜法照相 224
5.3.3 粉末衍射儀 224
5.3.4 試樣制備與掃描測試 228
5.3.5 衍射圖譜 229
5.3.6 單相物質的晶型分析 234
5.3.7 物質的物相定性分析 236
5.3.8 物質的物相定量分析 239
5.3.9 點陣常數的精確測定 243
5.3.10 宏觀應力分析 246
5.3.11 微晶尺寸和微觀應力的測試 249
5.4 單晶衍射分析 250
5.4.1 勞埃法 250
5.4.2 旋轉晶體法 254
5.5 多晶織構分析與針孔法 256
5.5.1 織構 256
5.5.2 織構的表示與多晶體極圖 256
5.5.3 針孔法與多晶織構試樣的衍射 257
5.5.4 織構的測定 259
習題 261
第6章 光學顯微鏡 263
6.1 像的觀察與記錄 263
6.2 光學金相顯微分析 264
6.2.1 光學金相顯微鏡 264
6.2.2 顯微鏡光學性能 266
6.2.3 試樣制備 269
6.2.4 顯微鏡觀察方式 277
6.2.5 攝像 279
6.2.6 偏振光顯微 280
6.2.7 相襯金相 282
6.2.8 顯微硬度及其測定 285
6.3 定量金相 287
6.3.1 基本測量方法 288
6，3.2 定量金相的計算 289
6.3.3 計算機金相圖像分析系統 292
6.4 低倍觀察方法 292
6.4.1 概述 292
6，4.2 檢驗方法 293
6.4.3 體視顯微鏡 294
6.5 透射光學顯微方法 294
6.5.1 復型 294
6.5.2 透射偏光顯微鏡 295
習題 295
第7章 電子顯微方法 297
7.1 電子像的觀察和記錄 297
7.2 透射電子顯微鏡 297
7.2.1 儀器構造 297
7，2.2 儀器性能 300
7.3 試樣制備 302
7.3.1 粉末試樣膜 302
7.3.2 試樣復型 303
7.3.3 薄膜試樣 304
7.4 成像方式 306
7.4.1 顯微成像 306
7.4.2 衍射成像 307
7.5 電子衍射圖像分析 309
7.5.1 電子衍射 309
7.5.2 電子衍射花樣及其幾何特征 311
7.5.3 多晶試樣的物相鑒定及衍射花樣指標化 313
7.5.4 單晶試樣的物相鑒定及衍射花樣指標化 314
7.5.5 選區電子衍射中圖像相對于花樣的磁轉角標定 319
7.5.6 復雜衍射花樣 320
7.5.7 菊池衍射花樣 322
7.6 透射電子顯微圖像分析 324
7.6.1 柱體近似 324
7.6.2 非晶體試樣質厚襯度成像原理 325
7.6.3 復型成像的襯度 325
7.6.4 復型浮雕圖像分析 327
7.6.5 電鏡放大倍數與點分辨本領的測定 327
7.6.6 晶體試樣衍射襯度成像原理 327
7.6.7 雙光束條件 329
7.6.8 理想晶體的衍射強度 331
7.6.9 缺陷晶體的衍射強度 333
7.6.10 堆積層錯 334
7.6.11 位錯 335
7.6.12 疇結構 336
7.6.13 第二相粒子 337
7.6.14 電子衍射運動學理論的局限性 338
7.6.15 薄晶體的高分辨像 338
7.7 低能電子衍射和低能電子顯微鏡 339
7.7.1 低能電子衍射分析 339
7.7.2 低能電子顯微分析 340
習題 342
第8章 探針和掃描顯微分析 344
8.1 電子的檢測與能譜儀 344
8，1.1 電子檢測器 344
8.1.2 電子能量分析器 345
8，1.3 離子能量分析器 347
8.2 電子探針與掃描電子顯微分析 348
8.2.1 電子束轟擊固體試樣激發的物理信號 348
8.2.2 電子探針X射線顯微分析儀 349
8.2.3 掃描電子顯微鏡的結構與工作原理 351
8.2.4 掃描電子顯微鏡的性能 354
8，2.5 試樣制備 356
8.2.6 掃描圖像分析 357
8.2.7 X射線能譜分析 358
8.2.8 背散射電子衍射分析 358
8.2.9 電
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材料結構分析基礎(第二版) 節選
第1章 物理學基礎 1.1 粒子與波 1.1.1 光與X射線 1.電磁輻射 在光學中，廣義的光的概念，除了可見光之外，還包括紅外光和紫外光，以及X射線和1射線（或稱X光和Y光）它們本質上都屬于電磁輻射，表1.1給出各類電磁輻射的頻率和波長范圍。紫外光與X射線的波長沒有明確的分界，X射線和Y射線也沒有明確的波長界線，因為人們并不是根據波長來區分紫外光、X射線以及1射線，而是根據它們的來源。 表1.1 電磁輻射譜 光的產生通常有兩種形式：一是帶電粒子速度變化引起的輻射，二是分子、原子或原子核能級躍遷引起的輻射。從微觀機理來說，它們的共同之處都是微觀系統從高的能量狀態過渡到低的能量狀態時伴隨發生的物理現象。 輻射是一種從輻射源發出的以微；虿▌拥男问较蚩臻g直線傳播的能量。光輻射不是連續的波，而是分立的一串串波列，稱為波包，就是所謂的光子。光子作為電磁輻射的能量載體，具有集中的能量、質量和動量。它們在空間呈“波狀”分布，具有一定的波長、頻率和位相。如此，顯示了光子的波動性與粒子性的統一。 要特別指出的是光的波動性質并不歸于光束整體，而是每一個光子都具有的本性。光子在傳遞的過程中以某種方式同時和所有的介質微粒相互作用，*終以特定的概率被位于觀察點的原子所接收。 單位時間內通過垂直于光傳播方向的單位面積的光的能量稱為光的強度，用z表示，單位是J/（m2 s）。對于單色光，光的強度常用單位時間內通過垂直于光傳播方向的單位面積的光子數來表示，單位是光子數/（m2 s）。 物理學中常用復數表示某個振動，如，要理解為只取用它的實數部分（或虛數部分）。其中A為實數，表示振幅，表示頻率，表示位相。對于確定頻率的振動，ct可略去不寫，該振動簡記作，稱為復振幅。光的強度與光的振幅平方成正比，即 （1.1） 真空中光速c=2.998X108m/s。光子的能量E由普朗克公式給出，即 E=hv（1.2） 式中，h為普朗克常量，v為光的頻率；A為光的波長。 在真空中 （1.3） 式中w為波數，即波長的倒數，意義是波傳播單位長度所包含的波數。光通過不同的介質時，頻率不會發生變化，但傳播速度和波長會變化。 在普朗克公式的基礎上，根據經典電磁理論的輻射壓強，或根據相對論的原理得光子動量為 （1.4） 式中，s為單位矢量，代表波的傳播方向。式（1.4）來自式（1.2），自然僅適用于光子，但德布羅意認為所有的微觀粒子的性質與光的性質存在深刻的類似性，他把這個關系式推廣到所有的粒子，起初只是一個假設，但實驗證明這個推廣是正確的，于是式（1.4）便成為普遍適用的德布羅意關系式。 2.光譜 光譜就是光的頻譜，用以描述不同頻率光的強度分布。各種光的光譜基本上取決于光發射的方式及光所通過的介質。光譜常用相片、圖線或表格等形式表示。光譜的自變量坐標為頻率，也可標記為光的波長或光子的能量，對于這幾種情況，往往分別稱為頻譜、波譜和能譜。 光如果在若干個特定波長處的輻射特別強或特別弱，那么，它的光譜特征是線狀的，稱為線狀譜。如圖1.1所示的熒光燈光譜，圖中的縱坐標J=dVdA，即單位波長范圍內的光強。光如果由大量間隔很小的不同波長的輻射所組成，那么它的光譜特征是連續曲線狀的，稱為連續譜。如圖1.2所示為鎢絲燈光譜。 圖1.1 三基色熒光燈的發光光譜（波譜） 圖1.2 鎢絲燈的發光光譜（波譜） 3.光的偏振 1）自然光與偏振光 已經證明，光之所以引起視覺以及各種物理、化學效應，是由于光的電場作用，故電矢量E也稱光矢量，光的振幅通常就是指電場強度的振幅。E垂直于光的傳播方向，的方向即振動方向，故E與光傳播方向所在的平面稱為光的振動面。如果各光子的電矢量均沿一定的方向，這種光稱為平面偏振光或線偏振光；如果光子電矢量的取向是無規則的，各方向概率相等，這樣的光是自然光；介于這兩者之間的是部分偏振光。光源發出的一般是自然光，是光源中相互無關的微觀粒子所生成的光。 2）光的反射與折射 光由一種介質進入另一介質時，光線在介質分界面上分解成反射光和折射光，它們的傳播方向由反射定律和折射定律確定。 平行光在介質界面反射，定義反射率為反射光強度與入射光強度之比。理論和實驗都表明，反射率不僅取決于介質等因素，還與光的入射角及振動方向有關。實際上，可以把入射光的振動分解為垂直于入射面方向和平行于入射面方向的振動，在入射角為零（或很。⿻r，它們有同樣的反射率；在入射角不等于零時，它們各自的反射率不等；當入射角等于布盧斯特角時，振動面平行于入射面的光，反射率等于零。因此，自然光在兩透明介質分界面上產生的反射光和折射光有不同的偏振狀態。當入射角等于布盧斯特角時，反射光為完全線偏振光，相應地，折射光就成為部分偏振光。 光在某些晶體介質中有雙折射現象，兩條折射光都是線偏振光，不過它們的光矢量的振動方向不同。其中，一條符合折射定律，稱為o光，其折射率是常數；一條不符合折射定律，稱為e光，它不一定在入射平面上，折射率&因入射光方向的不同而有所變化。此類晶體稱為光學各向異性晶體，如方解石晶體。實際上，除了立方晶體（如巖鹽）外，一般的晶體都是雙折射晶體。 在雙折射晶體中，總有一個（或兩個）特殊的方向，當光沿著這個方向入射時，不產生雙折射現象，這個固定的方向稱為晶體的光軸。定義光軸之后，光在晶體中可引入主截面的概念，主截面即包含晶體光軸和光線的平面。已經發現，。光是一個振動面垂直于自己的主截面的線偏振光，e光則是一個振動面在自己的主截面內的線偏振光。當晶體光軸在入射面內的時候，。光和e光的主截面重合，兩者的振動方向相互垂直。 一般情況下，光的主截面和e光的主截面有一個不大的夾角，因而它們的振動方向不完全相互垂直。 上面談到，光在垂直人射時，振動方向垂直于人射面的光和平行于人射面的光，它們有同樣的反射率，這是對光學各向同性介質而言的。然而，當垂直人射的光在光學各向異性晶體的界面反射時，光的反射率與振動方向有關？梢园逊瓷涔夥纸獬烧駝臃较蚺c主截面垂直的o光以及與主截面平行的e光，這兩種光的反射率是不同的，而且位相也是不一致的。 4.光的色散 光的色散是因為不同波長的光折射率不同。介質折射率隨波長變化的程度用色散率表示，它在數值上等于波長變化一個單位時介質折射率的變化值。 一般來說，波長增加時光的折射率和色散率都減小，這樣的色散稱為正常色散。所有不帶顏色的透明介質，在可見光區域內都表現為正常色散，即紫光的折射率比紅光大些，紫光的色散率也比紅光大些。所以，用棱鏡產生的光譜，紫色一端要比紅色端展開得大些，這是與由光柵所得到的光譜不同的。 X射線和Y射線是波長很短的光，它們對所有各種介質的折射率都近似等于1，故X射線和Y射線幾乎沒有折射現象。 1.1.2 實物粒子 所有粒子，包括電子、離子、原子，同時是一個沿其運動方向傳播的平面波。設運動粒子的質量用m表示，運動速率用w表示，式（1.4）指出其波長為 （1.5） 由此，可得運動粒子的波長與其能量的關系式，即 （1.6） 式中，為粒子的靜止質量；和E分別為粒子的靜能和動能，常用為單位；這是微觀物理量的計算中常使用的組合常數。 在非相對論條件下，式（1.6）近似為 （1.7） 電子靜止質量，電子靜能。也是一個常用的組合常數。表1.2給出一些電子波長與能量的關系。 表1.2 電子波長與能量的關系 式（1.6）和式（1.3）比較，可以看到，電子與相同能量的光子比較，電子的波長要小很多，特別是在能量比較低的情況下，所以電子表現出更多的粒子性。至于質量比電子大的粒子（如原子、離子）波長又比電子小很多，粒子性更明顯，一般巳不必考慮其波動性。 1.2 衍射與成像 1.2.1 概述 關于光衍射現象，有如下幾點認識： （1）在光學均勻介質中，光只能沿著直線方向傳播。這是因為光在傳播過程中，介質質點散射的相干光在與人射光線不同的一切方向上相互抵消，所以在均勻介質中是看不到散射光的。但是，一旦介質的均勻性被破壞，就可能看到散射光。例如，陽光進人大氣，能看到散射光，這是因為大氣中空氣分子的局部密度對于平均密度總會有統計性的偏離（密度起伏）此外，空氣中的灰塵也會導致可見的散射光。 （2）絕大多數光學儀器中，光都是在空氣、玻璃或其他介質中通過，介質質點都可能成為散射波的波源。光在傳播過程中遇到障礙（如孔、縫等），如果通過障礙的散射波在某些方向上相干的結果不能完全抵消，便出現衍射現象。 （3）具有周期結構的散射體會出現獨特的衍射現象。常把介質中相同的質點或質點群作為散射單元。例如，原子或分子、光柵中的狹縫、晶體中的晶胞等都可作為散射單元。 （4）用顯示屏或照相底片顯示記錄衍射強度分布的圖像稱為衍射圖像或衍射花樣。一維的衍射圖像常用曲線形式描述，稱為衍射譜。 （5）光衍射現象實質上是散射波的干涉現象。這個基本原理同樣適用于電子、離子、中子波的衍射。 1.2.2 散射波疊加 1.散射波的位相差 設有兩個質點，以其中一個質點為坐標原點O，另一個質點P，其位置用矢徑r表示。遠處點光源E發出的波長為A的光照射在這兩個質點上，設人射波和散射波的方向分別用單位矢量和表示，如圖1.3所示。可以證明：遠處觀察點F所看到的P點的散射波與O點的散射波的位相差表示為 （1.8） 事實上，所謂遠處，即。 圖1.3 兩個質點散射波的位相差 在EO上取點D和Q，令，則 根據幾何定理，有 于是 同樣可求得 于是，F處所看到的P點的散射波與O點的散射波的光程差為 若令L等于OF和EO中較小的一個，則有的計算誤差要求遠小于A，所以在的條件下，則 由上述證明過程可知，所謂光源和觀察點足夠遠的條件，也就是入射光或散射光可以作為平行光處理的條件，即。 例如，刀口狹縫，縫寬b=0.1mm，垂直于狹縫平面的平行光入射，波長，則觀察點F距狹縫多遠就可將狹縫的散射波作平行光處理？ 解答：設F點到狹縫距離為L，由上述討論可知，散射波作平行光處理的條件是，即要求：
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