1波動光學(xué)01.ppt

光學(xué)的分類 1 幾何光學(xué) 以光的直線傳播為基礎(chǔ) 研究光在透明介質(zhì)中的傳播問題 包括 直線傳播定律 反射折射定律 波動光學(xué) 以光的波動性為基礎(chǔ) 研究光的干涉 衍射 偏振 即 研究光的波動性 量子光學(xué) 以光和物質(zhì)的相互作用所顯示的粒子性為基礎(chǔ) 2 物理光學(xué) 第4章波動光學(xué) 真空中的光速 光矢量用矢量表示光矢量 它在引起人眼視覺和底片感光上起主要作用 4 1描述光的基本概念 4 1 1光源 光源的發(fā)光特點 光源 可以發(fā)光的物體 其分類 1 按發(fā)光機制可分為 普通光源 激光光源 2 按能量激發(fā)方式可分為 熱光源 冷光源 3 按相干性可分為 復(fù)色光源 單色光源 4 按形狀可分為 點光源 面光源等 4 1 2光強與光的單色性 1 光強光的強度指單位面積上獲得的平均光功率 由坡印廷矢量S確定 即波的平均能流密度 結(jié)論 絕對的單色光是不存在的 2 復(fù)色光 由各種不同頻率的光復(fù)合而成的光 4 1 3光的相干性 設(shè)空間有兩個同頻的單色光源S1和S2 它們發(fā)出的光相交于空間一點P 如果兩光矢量的方向相同 則在P點的合成光矢量的值為 當兩光束有恒定的位相差時合光強為 4 1 4光程與光程差 對某一單色光 其頻率一定 在折射率為n的介質(zhì)中光的波長為 1 光程 因此在折射率為n的介質(zhì)中光波傳播x在位相上 時間上 相當于在真空中傳播nx的距離 我們就把nx稱為在這種介質(zhì)中的光程 相當于將光的傳播都折算為真空中的傳播 2 光程差 兩束相干光在相遇點的位相差為 上式中 nr2 nr1表示兩相干光源到相遇點的光程的差值 稱為光程差 透鏡不引起附加的光程差 4 1 5獲得相干光的方法 來自兩個獨立光源的光和來自同一個光源的不同部分的光 不滿足相干光的條件 而將光源發(fā)出的一束光分解為兩束 在經(jīng)過不同的光程后相遇時 將滿足相干條件 發(fā)生干涉現(xiàn)象 分波陣面法 使同一波陣面上的兩點成為新的光源 滿足相干光源的條件 分振幅法 將一束光分解為兩束光 滿足相干光條件 相干光的產(chǎn)生 裝置 如圖所示 4 2應(yīng)用分波振面法獲得相干光的干涉實驗 4 2 1楊氏雙縫實驗 結(jié)果 1 關(guān)于P0對稱的明暗相間的條紋 P0為明紋 2 用不同單色光照射 明暗條紋的間距不等 且波長減少 條紋間距變窄 3 若用白光照射 P0為白色 其兩側(cè)為對稱的彩色條紋 楊氏雙縫干涉實驗明 暗紋條件 由相干加強和減弱的條件得 由幾何關(guān)系 明暗條紋的位置 白光照射時 出現(xiàn)彩色條紋 1 條紋間距與 的關(guān)系 d D一定時 若 變化 則將怎樣變化 1 d D一定時 若變化 則將怎樣變化 2 一定時 條紋間距與的關(guān)系如何 楊氏雙縫實驗的缺點 為了保證兩個子波源的相干性 必須要求縫S很窄 這將導(dǎo)致光強減弱 條紋不清 同時還要受衍射的影響 4 2 2其它分波陣面法干涉實驗 1 菲涅耳雙面鏡實驗 雙鏡實驗光路圖 2 勞埃德鏡鏡實驗 P M 半波損失 光從光速較大的介質(zhì)射向光速較小的介質(zhì)時 反射光的相位較之入射光的相位躍變了 相當于反射光與入射光之間附加了半個波長的波程差 稱為半波損失 1 分析清楚哪兩束光發(fā)生干涉 2 正確計算干涉點處的光程差 注意 當光從折射率小的光疏介質(zhì)射入折射率大的光密介質(zhì)時 反射光有半波損失 3 計算并討論干涉條紋的空間分布或分布的變化 分析干涉問題的基本步驟 例1以單色光照射到相距為0 2mm的雙縫上 雙縫與屏幕的垂直距離為1m 1 從第一級明紋到同側(cè)的第四級明紋的距離為7 5mm 求單色光的波長 2 若入射光的波長為600nm 求相鄰兩明紋間的距離 例2將焦距為f的透鏡切去寬為b f 1000的中央部分 再將兩半粘合 如圖所示 距透鏡2f處放一波長為 的單色光源 在透鏡的后焦面上放一屏 已知 d b 5000 f 100cm 求 1 屏上兩相鄰干涉條紋的距離 2 屏上可能呈現(xiàn)條紋的最大數(shù)目 3 若屏放在2f以外能否發(fā)生干涉 解 1 如圖所示 在屏上的干涉區(qū)域O1O2 2 如圖 干涉區(qū)間O1O2 b 3 因為兩個相干波源發(fā)出的光不能相遇 所以不能發(fā)生干涉現(xiàn)象 例3用n 1 58的薄云母片覆蓋楊氏雙縫干涉裝置的一條縫 這時接收屏中心被第五級亮紋占據(jù) 1 若光源波長為0 55 m 求云母片的厚度 2 若雙縫相距0 60mm 屏與縫的距離為2 5m 求 0級明紋的