光學薄膜基礎知識學習教案

1、會計學1光學薄膜基礎知識光學薄膜基礎知識第一頁，共121頁。2第1頁/共120頁第二頁，共121頁。31、光學薄膜的發(fā)展、光學薄膜的發(fā)展(fzhn)歷史歷史 人類最早發(fā)現(xiàn)的五光十色的肥皂泡； 水面上彩色斑爛的油膜； 兩玻璃片間的空氣層中常呈現(xiàn)出色彩鮮艷的光環(huán)； 所有這些現(xiàn)象早在十七世紀就引起了許多自然科學家的注意，他們各自部提出了一些初步解釋，但均不令人滿意 ； 1801年托馬斯 楊干涉實驗結(jié)果以及菲涅耳對此進一步發(fā)揚光大以后，上述現(xiàn)象才徹底為人們弄清，物理光學的基礎才從此建立起來今天我們可以說，整部薄膜光學的物理依據(jù)(yj)就是光的干涉。 第2頁/共120頁第三頁，共121頁。4第3頁/共1

2、20頁第四頁，共121頁。5第4頁/共120頁第五頁，共121頁。6第5頁/共120頁第六頁，共121頁。7第6頁/共120頁第七頁，共121頁。8 20世紀(shj)末21世紀(shj)初光電子技術得到了飛速發(fā)展，光學薄膜器件向性能要求和技術難度更高、應用范圍和知識領域更廣、器件種類和需求數(shù)量更多的方向迅速發(fā)展； 隨著數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、背投電視以及光纖通信的發(fā)展，光學薄膜產(chǎn)品需求數(shù)量巨大(jd)，特對是對偏振分束膜、消偏振分束膜、超窄帶濾光片、超寬帶截止濾光片等復雜膜系的要求越來越高；第7頁/共120頁第八頁，共121頁。9幾乎所有的光學系統(tǒng)、光電系統(tǒng)和光電儀器都離不開光學薄膜的應用，而

3、且到目前為止，也沒有(mi yu)發(fā)現(xiàn)有別的技術可以取代光學薄膜；第8頁/共120頁第九頁，共121頁。10 20世紀末光通信波分復用技術(DWDM濾光片） 今天，新型微結(jié)構(gòu)功能薄膜的出現(xiàn)(chxin)給光學與光電子薄膜技術注入新的生命力新概念、新材料、新設計、新方法、新應用第9頁/共120頁第十頁，共121頁。11第10頁/共120頁第十一頁，共121頁。12Optical coatings:一般來講薄膜敷于光學玻璃、塑料(slio)、晶體等基底上；Optical layers:光學薄膜的一個(y )特點是分層結(jié)構(gòu)；Optical thin films：通常(tngchng)意義的光學薄膜；

4、Optical layers:光學薄膜的一個特點是分層結(jié)構(gòu)；第11頁/共120頁第十二頁，共121頁。13rtn厚度為波長(bchng)量級n能夠產(chǎn)生干涉作用n,drt第12頁/共120頁第十三頁，共121頁。14它研究(ynji)的對象是膜層對光的反射、透射、 吸收以及位相特性、偏振效應等；簡而言之，它主要研究光在分層媒質(zhì)中的 傳播規(guī)律性。第13頁/共120頁第十四頁，共121頁。15n 人們(rn men)正是利用這種干涉現(xiàn)象，通過改變材料及其厚度等特性來人為的控制光的干涉，根據(jù)需要來實現(xiàn)光能的重新分配。第14頁/共120頁第十五頁，共121頁。16光學薄膜在光學系統(tǒng)中的作用光學薄膜在光學

5、系統(tǒng)中的作用(zuyng)：提高光學效率、減少雜光。如高效(o xio)減反射膜、高反射膜。 實現(xiàn)光束的調(diào)整或再分配(fnpi)。如分束膜、分色膜、偏振分光膜就是根據(jù)不同需要進行能量再分配(fnpi)的光學元件。通過波長的選擇性透過提高系統(tǒng)信噪比。如窄帶及帶通濾光片、長波通、短波通濾光片。實現(xiàn)某些特定功能。如ITO透明導電膜、保護膜等 第15頁/共120頁第十六頁，共121頁。17鍍膜眼鏡幕墻玻璃濾光片ITO膜車燈、冷光鏡、舞臺燈光(w ti dn un)濾光片光通信領域：DWDM、光纖薄膜器件紅外膜投影顯示第16頁/共120頁第十七頁，共121頁。184、光學 是關于電磁輻射的產(chǎn)生、傳播、接

6、收和顯示以及(yj)與物質(zhì)相互作用的應用型科學。第17頁/共120頁第十八頁，共121頁。19可用統(tǒng)一的電磁理論處理可用統(tǒng)一的電磁理論處理(chl)各種波長的電磁現(xiàn)象各種波長的電磁現(xiàn)象1 10-10mA可見光：可見光：400700nm第18頁/共120頁第十九頁，共121頁。20第19頁/共120頁第二十頁，共121頁。21光纖光纖(光導纖維光導纖維(un do xin wi)的基本原理的基本原理第20頁/共120頁第二十一頁，共121頁。22 人在水上看到物人在水上看到物體的像，比實際體的像，比實際(shj)物體位置偏上物體位置偏上，感覺水比較淺。，感覺水比較淺。第21頁/共120頁第二十二

7、頁，共121頁。23第22頁/共120頁第二十三頁，共121頁。24有大氣有大氣(dq)，看到太陽更早，看到太陽更早沒有大氣沒有大氣(dq)，將遲一些看到，將遲一些看到太陽太陽第23頁/共120頁第二十四頁，共121頁。25海海光經(jīng)過不均勻的大氣時發(fā)生折射光經(jīng)過不均勻的大氣時發(fā)生折射(zhsh)，形成的虛像。，形成的虛像。第24頁/共120頁第二十五頁，共121頁。26海市蜃樓海市蜃樓(hishshnlu) 第25頁/共120頁第二十六頁，共121頁。27第26頁/共120頁第二十七頁，共121頁。28只聞其聲，不見只聞其聲，不見(bjin)其其人人衍射衍射(ynsh)是波特有的是波特有的性質(zhì)

8、！性質(zhì)！第27頁/共120頁第二十八頁，共121頁。29公元前公元前468376年年 第28頁/共120頁第二十九頁，共121頁。30能性。能性。Euclid，公元，公元前前330275年年 第29頁/共120頁第三十頁，共121頁。31折入第30頁/共120頁第三十一頁，共121頁。32第31頁/共120頁第三十二頁，共121頁。33牛頓牛頓 第32頁/共120頁第三十三頁，共121頁。345 , 3 , 16 , 4 , 2 , 0為波動光學為波動光學(gungxu)提供了重提供了重要手段要手段第33頁/共120頁第三十四頁，共121頁。35播速度比空氣中更播速度比空氣中更慢）慢）雙折射現(xiàn)

9、象雙折射現(xiàn)象惠更斯惠更斯 直到直到(zhdo)(zhdo)十八世紀，微粒說十八世紀，微粒說占統(tǒng)治地位占統(tǒng)治地位第34頁/共120頁第三十五頁，共121頁。36光是光是“絕對以太絕對以太”中的機械中的機械波波托馬斯托馬斯楊楊第35頁/共120頁第三十六頁，共121頁。37n第36頁/共120頁第三十七頁，共121頁。38222210EEct麥克斯韋麥克斯韋DtBEtDjHc0B1887年，赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁年，赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁(dinc)波波 電磁電磁(dinc)光學建立光學建立真空真空(zhnkng)中：中：222210BBct00299792458 1c 米秒 1832年年,法拉第猜想法拉第猜想:

10、電電磁作用可能以波的形磁作用可能以波的形式傳播，而且光可能式傳播，而且光可能就是一種電磁波動就是一種電磁波動 第37頁/共120頁第三十八頁，共121頁。39黑體輻射曲線黑體輻射曲線黑體輻射黑體輻射能量隨波長分布能量隨波長分布1900年，普朗克的量子假說：年，普朗克的量子假說： 某種頻率某種頻率(pnl)光的能量是光的能量是以某一最小單位產(chǎn)生以某一最小單位產(chǎn)生成功解釋了黑體成功解釋了黑體(hit)輻射問題，開始了量子輻射問題，開始了量子光學時期光學時期普朗克普朗克第38頁/共120頁第三十九頁，共121頁。40光電效應光電效應(un din xio yng)、康普頓效應、康普頓效應光電效應光電

11、效應Ehhp 愛因斯坦愛因斯坦光同時光同時(tngsh)具有波動和微粒兩種特性具有波動和微粒兩種特性第39頁/共120頁第四十頁，共121頁。41光的電磁場描述(mio sh)第40頁/共120頁第四十一頁，共121頁。42第41頁/共120頁第四十二頁，共121頁。43第42頁/共120頁第四十三頁，共121頁。44第43頁/共120頁第四十四頁，共121頁。45第44頁/共120頁第四十五頁，共121頁。46第45頁/共120頁第四十六頁，共121頁。47第46頁/共120頁第四十七頁，共121頁。48第47頁/共120頁第四十八頁，共121頁。49第48頁/共120頁第四十九頁，共121

12、頁。50光的波動(bdng)方程第49頁/共120頁第五十頁，共121頁。51第50頁/共120頁第五十一頁，共121頁。52第51頁/共120頁第五十二頁，共121頁。53第52頁/共120頁第五十三頁，共121頁。54第53頁/共120頁第五十四頁，共121頁。55第54頁/共120頁第五十五頁，共121頁。56第55頁/共120頁第五十六頁，共121頁。57第56頁/共120頁第五十七頁，共121頁。58振幅(zhnf)頻率(pnl)初相位(xingwi)光的電磁波描述表達式振幅、相位、頻率和偏振是描述光的四個參量0( , )cos()E r tEt k r 第57頁/共120頁第五十八

13、頁，共121頁。59第58頁/共120頁第五十九頁，共121頁。60 5、光波、光波(gungb)的偏振性的偏振性Ev0H橫波橫波(hngb)與偏振：與偏振：縱波縱波振動方向振動方向/傳播方向，唯一的傳播方向，唯一的橫波橫波振動方向振動方向 傳播方向，不唯一的傳播方向，不唯一的結(jié)論結(jié)論(jiln)：（1 ）只有橫波才具有偏振性）只有橫波才具有偏振性（2）光是橫波也具有偏振性）光是橫波也具有偏振性第59頁/共120頁第六十頁，共121頁。61二向色性二向色性如墨鏡如墨鏡,立體電影立體電影(lt din yng),偏偏振顯微鏡振顯微鏡 自自然然光光線線偏偏振振偏振片偏振片定義定義(dngy)：具有

14、二向色性材料制成的具有二向色性材料制成的,只允許特定振動方向只允許特定振動方向的光通過的光學器件的光通過的光學器件.-只允許通過某方向的振動只允許通過某方向的振動,而對其垂直方向而對其垂直方向則強烈吸收則強烈吸收.天然材料：少數(shù)晶體天然材料：少數(shù)晶體(jngt)。例電氣石。例電氣石,硫酸碘奎寧硫酸碘奎寧應用應用:無光出射第60頁/共120頁第六十一頁，共121頁。62自自然然光光線線偏偏振振偏振片偏振片2.1 光的三種光的三種(sn zhn)偏振態(tài)偏振態(tài)1. 自然光：自然光：光矢量具有各個方向光矢量具有各個方向(fngxing)的振動的振動,且各方向且各方向(fngxing)振動幾率振動幾率相

15、等相等,彼此獨立彼此獨立(各振幅相等各振幅相等無固定位相關系無固定位相關系)。幾何幾何(j h)表示表示:. . . . . .021IIIYX定義定義 : I0021II 出自然光通過偏振片的光強變化自然光通過偏振片的光強變化I 0偏振片轉(zhuǎn)動偏振片轉(zhuǎn)動, 透射光強不變。透射光強不變。19-2 自然光和線偏振光自然光和線偏振光; 馬呂斯定律馬呂斯定律xIyI0I(由于振動平面的無規(guī)則取向由于振動平面的無規(guī)則取向,使光矢量具有環(huán)繞傳播方向的對稱性使光矢量具有環(huán)繞傳播方向的對稱性.)產(chǎn)生：產(chǎn)生： 舉例：陽光、白熾燈、普通光源舉例：陽光、白熾燈、普通光源0/21IIIt出射光強/02IIII入射光強

16、第61頁/共120頁第六十二頁，共121頁。63-馬呂斯定律馬呂斯定律(dngl)2. 線偏振光線偏振光-光矢量只限于一個確定光矢量只限于一個確定(qudng)的振動方向的光的振動方向的光.幾何幾何(j h)表示表示.線偏振光通過偏振片的光強變化線偏振光通過偏振片的光強變化定義定義:-馬呂斯定律馬呂斯定律A2 cosA1=a0AI0. .自然光自然光線偏振光線偏振光I2I11P2P1A2A2Aa1A2P1Pa a a a 2021221CosICosII產(chǎn)生：例：自然光經(jīng)偏振片后的光，液晶顯示的光產(chǎn)生：例：自然光經(jīng)偏振片后的光，液晶顯示的光-入射偏振光振動方向與入射偏振光振動方向與p2透振方向

17、的夾角透振方向的夾角a第62頁/共120頁第六十三頁，共121頁。64馬呂斯定律馬呂斯定律(dngl)(dngl)討論討論(toln): 1.a, 021/ PP最亮MaxIII122.23,2a21PP 全暗min20II轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動(zhun dng)偏振片偏振片P2, 可看到光強由最亮變到全暗可看到光強由最亮變到全暗a aa a2021221CosICosII . .自然光自然光線偏振光線偏振光I2I11P2P1A2AP1-起偏器起偏器- 將非偏光變成線偏光的器件將非偏光變成線偏光的器件 起偏器起偏器檢偏器檢偏器a2A1A2P1PP2-檢偏器檢偏器檢驗光的偏振態(tài)的器件檢驗光的偏振態(tài)的器件（偏

18、振片、玻璃、尼科耳等）（偏振片、玻璃、尼科耳等）（偏振片、玻璃、尼科耳等）（偏振片、玻璃、尼科耳等）第63頁/共120頁第六十四頁，共121頁。65. .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過偏振光通過(tnggu)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化光強發(fā)生變化第64頁/共120頁第六十五頁，共121頁。66.起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過偏振光通過(tnggu)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化光強發(fā)生變化第65頁/共120頁第六十六頁，共121頁。67.起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過偏振

19、光通過(tnggu)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化光強發(fā)生變化第66頁/共120頁第六十七頁，共121頁。68. .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過偏振光通過(tnggu)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化光強發(fā)生變化第67頁/共120頁第六十八頁，共121頁。69. . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過偏振光通過(tnggu)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化光強發(fā)生變化第68頁/共120頁第六十九頁，共121頁。70.起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過偏振光通過(tnggu

20、)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化光強發(fā)生變化第69頁/共120頁第七十頁，共121頁。71. .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過偏振光通過(tnggu)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化光強發(fā)生變化第70頁/共120頁第七十一頁，共121頁。72. .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過偏振光通過(tnggu)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化光強發(fā)生變化兩偏振片的偏振化方向兩偏振片的偏振化方向(fngxing)相互垂直相互垂直 光強為零光強為零第71頁/共120頁第七十二頁，共121頁。733、部分偏振光（介

21、于、部分偏振光（介于(ji y)線偏和自然光之間的一種光）線偏和自然光之間的一種光）幾何幾何(j h)表示表示:定義定義(dngy):通過偏振片的光強通過偏振片的光強E-各方向振動都有且位相獨立，但在某個方向的振各方向振動都有且位相獨立，但在某個方向的振動占優(yōu)勢動占優(yōu)勢, 關于傳播軸成非球?qū)ΨQ分布關于傳播軸成非球?qū)ΨQ分布. . .mxII xMyIII產(chǎn)生：例：偏振片吸收不好產(chǎn)生：例：偏振片吸收不好,透射光為部分偏振光透射光為部分偏振光, 折射光折射光,反射光反射光. .mmMIIIa2cos)(入射光強：入射光強：I0=IM+Imaa22sincosmMPIII透射光強：透射光強：0 min

22、IIMAX自線ICosI212a轉(zhuǎn)動偏振片轉(zhuǎn)動偏振片P2, 可看到光強由最亮變到較暗（不是全暗）可看到光強由最亮變到較暗（不是全暗）第72頁/共120頁第七十三頁，共121頁。74透振方向相互透振方向相互(xingh)平行平行第73頁/共120頁第七十四頁，共121頁。75透振方向透振方向(fngxing)成成 45 度度第74頁/共120頁第七十五頁，共121頁。76透振方向透振方向(fngxing)相互垂相互垂直直第75頁/共120頁第七十六頁，共121頁。774、圓偏振光（、圓偏振光（P=1）定義定義(dngy)幾何幾何(j h)表示表示:只有一個只有一個 其大小不變，方向隨其大小不變，

23、方向隨t轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),E端點軌端點軌 跡為一個圓。（分左旋、右旋）跡為一個圓。（分左旋、右旋）EEzAxAy時間平均效果時間平均效果Ax，Ay完全相關完全相關圓光圓光(yungung)的產(chǎn)生的產(chǎn)生202/IAIp透射光：2/22/02AAAI入射光：)cos(tAyytAxxcos0AAAyx22022Ayx右旋2左旋2xyA2-同頻、同幅、同頻、同幅、 二垂直線偏光合成二垂直線偏光合成檢偏：檢偏：I0IP AA/PA/A 不變偏振片轉(zhuǎn)動光強PI第76頁/共120頁第七十七頁，共121頁。782222cos)(xxyAAAaaa2222/2/2/sincoscos2xyxyxyPAAAAAAI干涉：a

24、asincos/xxyyAAAA透射光：220 xyAAI入射光：12222yxAyAx5、橢圓偏振光、橢圓偏振光定義定義(dngy)t時，一個時，一個 ， 大小方向隨大小方向隨t轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)， 端點軌跡為一端點軌跡為一 個橢圓。個橢圓。EEE幾何幾何(j h)表示表示:橢圓橢圓(tuyun)光的產(chǎn)生光的產(chǎn)生zAxAy時間平均效果時間平均效果 Ax，Ay完全相關完全相關2同頻、不同幅同頻、不同幅 的互相垂直的二線偏光合成的互相垂直的二線偏光合成檢偏：檢偏：I0IPaPxyAyAxAy/Ax/P轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)動時IP在在Imax和和Imin間變化間變化。mmMIIIa2cos)(第77頁/共120頁第七十八

25、頁，共121頁。79反射和折射反射和折射(zhsh)時光的偏振時光的偏振 實驗和理論實驗和理論(lln)表明：表明：反射光反射光: S 分量分量(fn ling)強度強度較大，較大，折射光折射光: P 分量分量(fn ling)強度強度較大。較大。以任意角度入射以任意角度入射自然光自然光以任意角入射時以任意角入射時, ,反射和折射光一般都為部分偏振光。反射和折射光一般都為部分偏振光。.in1n2rS.P|入射面分量入射面分量分解自然光入射sp/:結(jié)論結(jié)論: :反射和折射光的偏振性反射和折射光的偏振性1812年布儒斯特經(jīng)大量實驗發(fā)現(xiàn)：年布儒斯特經(jīng)大量實驗發(fā)現(xiàn)： -反射光的偏振化程度取決于入射角反

26、射光的偏振化程度取決于入射角i，第78頁/共120頁第七十九頁，共121頁。80布儒斯特定律布儒斯特定律(dngl)1812-起偏角起偏角iB090 riB證證:12nntgiB布儒斯特定律布儒斯特定律(dngl)BBBCosiSininntgi 12 sin)sin(cossin2022190ninininBBB 證證畢畢折射光反射光自然光自然光以以iB入射入射P分量全部折射分量全部折射(zhsh)-反射光只有反射光只有S分量分量-線偏振線偏振光光.S分量不全反射分量不全反射-折射光有折射光有SP分量分量-部分偏光部分偏光.i0i0n1n2r例：-當光以某特定角當光以某特定角 iB 入射，則

27、入射，則反射光為反射光為振動垂直于入射面的線偏振光。振動垂直于入射面的線偏振光。iBiB. . .（2）布儒斯特定律可測）布儒斯特定律可測n2iB.第79頁/共120頁第八十頁，共121頁。81 理論實驗理論實驗(shyn)表明：反射所獲得的線偏光僅占入射表明：反射所獲得的線偏光僅占入射自然光總能量的自然光總能量的7.4%，而約占，而約占85%的垂直分量和全部平行的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。分量都折射到玻璃中。 為了為了(wi le)增加折射光的偏振化程度，可采用玻璃片增加折射光的偏振化程度，可采用玻璃片堆的辦法。一束自然光以起偏角堆的辦法。一束自然光以起偏角0入射到入射到20層平

28、板玻璃上層平板玻璃上，如圖：，如圖：Bi1.51.51.51.01.01.01.0第80頁/共120頁第八十一頁，共121頁。82例題例題3：已知某材料在空氣中的布儒斯特角：已知某材料在空氣中的布儒斯特角 i0 = 580 ， 求它的折射率？若將它放在水中（水的折射率求它的折射率？若將它放在水中（水的折射率 為為 ），求布儒斯特角？該材料對水的相對），求布儒斯特角？該材料對水的相對(xingdu) 折射率是多少？折射率是多少？設該材料設該材料(cilio)的折射率為的折射率為 n ，空氣的折射率為，空氣的折射率為16 . 1599. 158tan1tan00 ni2 放在水中，則對應放在水中，

29、則對應(duyng)有有2 . 133. 16 . 1tan0 水nni003 .50 i所以：所以：該材料對水的相對折射率為該材料對水的相對折射率為解：解：1第81頁/共120頁第八十二頁，共121頁。83光的雙折射光的雙折射雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象(xinxing)及規(guī)律及規(guī)律1.定義定義: 一束光入射各向異性介質(zhì)一束光入射各向異性介質(zhì)(jizh) 晶體被折射為兩束的現(xiàn)象。晶體被折射為兩束的現(xiàn)象。尋常尋常(xnchng)光（光（o光）光）遵從折射定律的光線遵從折射定律的光線非常光（非常光（e光）光） 不遵從折射定律的光線不遵從折射定律的光線演示演示（e光）光） （o光）光）常數(shù)常數(shù)ooonnn

30、ii 1221sinsin非非常常數(shù)數(shù)eeennnii 1221sinsin（e光）光） （o光）光）第82頁/共120頁第八十三頁，共121頁。84方解石晶體方解石晶體(jngt)的雙折射現(xiàn)的雙折射現(xiàn)象象第83頁/共120頁第八十四頁，共121頁。85光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體(jngt)(jngt)雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體(jngt)(jngt)光光光光光光光光 光光光光 光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光 光光光光光光光光光光光光光光光光光光.oeACDB.eo第84頁/共120頁第八十五頁，共121頁。862. o.

31、e 光的異同光的異同(ytng) (1) o,e 光皆是線偏振光光皆是線偏振光(2) o,e光的偏振光的偏振(pin zhn)方向不同方向不同(3) o光沿各方向傳播的速度光沿各方向傳播的速度(sd)相同相同e光沿各方向傳播速度不相同光沿各方向傳播速度不相同);(eOEE特例)(incvncvncvee0o（e光）光） （o光）光）Vevo第85頁/共120頁第八十六頁，共121頁。87幾個幾個(j )關于晶體的概念關于晶體的概念1.光軸光軸:當光線當光線(gungxin)沿一方向傳播時無沿一方向傳播時無雙雙 折射折射.稱該方向為晶體的光軸稱該方向為晶體的光軸單晶單晶(方解石方解石石英石英(s

32、hyng)）雙晶雙晶(云母云母硫磺）硫磺）3.主截面主截面:光軸與自然晶面法線所組成的平面光軸與自然晶面法線所組成的平面*。 推論推論:光軸方向光軸方向-n0=ne v0=ve78010200Eo;光主平面eEe/;光主平面2.主平面主平面:折射光與光軸構(gòu)成的面折射光與光軸構(gòu)成的面.三線共面三面重合主平面主截面入射面;e;o;光光入射光e0EE*特例特例:當入射光線在主截面內(nèi)時當入射光線在主截面內(nèi)時.光軸光軸第86頁/共120頁第八十七頁，共121頁。88單晶中單晶中 o, e 光的波陣面光的波陣面 1. O光波光波(gungb)面面:的球面半徑以光源為圓心的10tR,2. e光波光波(gun

33、gb)面面:正晶體正晶體光軸光軸vevovevonone*以光軸為對稱軸以光軸為對稱軸,與與“o”波面相切的旋轉(zhuǎn)波面相切的旋轉(zhuǎn)(xunzhun)橢球面橢球面負晶體負晶體光軸光軸vovevevonone*波面波面e波面波面o主折射率主折射率第87頁/共120頁第八十八頁，共121頁。895、 光的干涉光的干涉(gnsh)1 光的光的疊疊加原理加原理(yunl) 光傳播的獨立性：兩列波在某區(qū)域相遇后再分光傳播的獨立性：兩列波在某區(qū)域相遇后再分開，傳播情況開，傳播情況(qngkung)(qngkung)與未相遇時相同，互不干與未相遇時相同，互不干擾擾. . 光的疊加性：光的疊加性：在相遇區(qū)，任一質(zhì)點

34、的振動為在相遇區(qū)，任一質(zhì)點的振動為二波單獨在該點引起的振動的合成二波單獨在該點引起的振動的合成.第88頁/共120頁第八十九頁，共121頁。90 頻率頻率(pnl)(pnl)相同相同、振動方向平行、相位、振動方向平行、相位相同或相位差恒定的兩相同或相位差恒定的兩列光相遇時，使某些地列光相遇時，使某些地方振動始終加強，而使方振動始終加強，而使另一些地方振動始終減另一些地方振動始終減弱的現(xiàn)象，稱為光的干弱的現(xiàn)象，稱為光的干涉現(xiàn)象涉現(xiàn)象. .2 光的干涉光的干涉(gnsh)第89頁/共120頁第九十頁，共121頁。91 波頻率相同，振動方向波頻率相同，振動方向(fngxing)(fngxing)相同

35、，位相相同，位相差恒定差恒定 例例 水波水波(shu b)(shu b)干涉干涉 光波干涉光波干涉 某些點振動始終某些點振動始終(shzhng)(shzhng)加強，另一些點振動加強，另一些點振動始終始終(shzhng)(shzhng)減弱或完全抵消減弱或完全抵消. . ( (2) )干涉現(xiàn)象干涉現(xiàn)象滿足干涉條件的波稱相干波滿足干涉條件的波稱相干波.( (1) )干涉條件干涉條件第90頁/共120頁第九十一頁，共121頁。92波源波源(byun)振動振動)cos(111tAy)cos(222tAy)2cos(1111rtAyP)2cos(2222rtAyP點點P P 的兩個的兩個(lin )(

36、lin )分分振動振動(3)(3)干涉現(xiàn)象干涉現(xiàn)象(n sh xin (n sh xin xin)xin)的定量討論的定量討論1s2sP*1r2r第91頁/共120頁第九十二頁，共121頁。93)cos(21tAyyyPPP)2cos()2cos()2sin()2sin(tan122111222111rArArArAcos2212221AAAAA12122rr 定值定值1s2sP*1r2r第92頁/共120頁第九十三頁，共121頁。94cos2212221AAAAA合振幅最大合振幅最大當當.3, 2, 1, 02kk 時21maxAAA合振幅最小合振幅最小21minAAA當當12 k位相差位相

37、差(xin ch) (xin ch) 決定了合振幅的大小決定了合振幅的大小. .干涉的位相差條件干涉的位相差條件討討 論論第93頁/共120頁第九十四頁，共121頁。95位相差位相差(xin ch)(xin ch)2()2(1122rr) 12(22221kkrr加強加強減弱減弱稱為波程差稱為波程差（波走過的路程之差）（波走過的路程之差）21rr 2221rr則則如果如果 即相干波源即相干波源S1、S2同位相同位相12第94頁/共120頁第九十五頁，共121頁。96 將合振幅加強、減弱的條件轉(zhuǎn)化將合振幅加強、減弱的條件轉(zhuǎn)化(zhunhu)(zhunhu)為干涉的波程差條件，則有為干涉的波程差條

38、件，則有當當時（半波長偶數(shù)倍）時（半波長偶數(shù)倍）合振幅最大合振幅最大krr2121maxAAA當當時（半波長奇數(shù)倍）時（半波長奇數(shù)倍） 合振幅最小合振幅最小 2) 12(21krr21minAAA干涉的波程差條件干涉的波程差條件第95頁/共120頁第九十六頁，共121頁。97ooB實實 驗驗 裝裝 置置1s2sspddddxd楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉(gnsh)實驗實驗rsin12drrr波程差波程差x1r2r dd/tansindx第96頁/共120頁第九十七頁，共121頁。98實實 驗驗 裝裝 置置ooB1s2ssrx1r2r ddpk dxdr加強加強, 2 , 1 , 0k2) 12(

39、k 減弱減弱第97頁/共120頁第九十八頁，共121頁。99(2 1)2xrdkd 相鄰相鄰(xin ln)(xin ln)明紋（或暗紋明紋（或暗紋）間距）間距dxd(2 1) ,k0,1,2,3.2dxkd 0 1 2 3dxk, kd ， ，干涉干涉(gnsh)相長，相長，明紋明紋干涉干涉(gnsh)相消，相消，暗紋暗紋xrdkd 第98頁/共120頁第九十九頁，共121頁。100(1) (1) 一系列平行一系列平行(pngxng)(pngxng)的明暗相的明暗相間條紋；間條紋； (3)(3)條紋條紋(tio wn)特點特點：(2) (2) 條紋條紋(tio wn)(tio wn)等間距；

40、等間距；dxd (4) (4) 中間級次低；且中央條紋中間級次低；且中央條紋 為明條紋。為明條紋。（5） 用用復色光復色光作實驗時，作實驗時，各明暗條紋的間距并不相同各明暗條紋的間距并不相同。波長較短的單色光，條紋較密；波長較長的單色光。波長較短的單色光，條紋較密；波長較長的單色光，條紋較稀。，條紋較稀。用白光作實驗，則只有中央條紋為白色，其兩側(cè)形用白光作實驗，則只有中央條紋為白色，其兩側(cè)形成由紫而紅的彩色條紋。成由紫而紅的彩色條紋。第99頁/共120頁第一百頁，共121頁。101(1) (1) 一定時，若一定時，若 變化變化(binhu), (binhu), 則則 將怎樣變化將怎樣變化(bi

41、nhu)(binhu)？ dd、xdxd第100頁/共120頁第一百零一頁，共121頁。102( (2) ) 一定時一定時, ,條紋間距條紋間距 與與 的關系如何？的關系如何？xd d、dxd第101頁/共120頁第一百零二頁，共121頁。103在雙縫干涉在雙縫干涉(gnsh)實驗實驗中：中：（1）如何使屏上的干涉條紋間距變寬？如何使屏上的干涉條紋間距變寬？（2）將雙縫干涉裝置由空氣中放入水中時，將雙縫干涉裝置由空氣中放入水中時，屏上的干涉條紋有何變化屏上的干涉條紋有何變化？（3）若若S1、S2兩條縫的寬度不等，條紋有何兩條縫的寬度不等，條紋有何 變化？變化？思考題思考題dxd第102頁/共1

42、20頁第一百零三頁，共121頁。104例例1 1 用白光作雙縫干涉實驗時，能觀察到幾級清晰可辨的用白光作雙縫干涉實驗時，能觀察到幾級清晰可辨的彩色彩色(cis)(cis)光譜？光譜？解解: : 用白光照射用白光照射(zhosh)(zhosh)時，時，0 0級明紋為白光級明紋為白光; ;kdxkd紅紅(1 )(1)kdxkd紫紫當當k k級紅明紋位置等于級紅明紋位置等于k+1k+1級紫明紋位置時，級紫明紋位置時，光譜光譜(gungp)(gungp)恰好發(fā)生重疊。恰好發(fā)生重疊。其它級：內(nèi)紫外紅其它級：內(nèi)紫外紅0 1 2 3dxk, kd ， ，第103頁/共120頁第一百零四頁，共121頁。105

43、 將將 紅紅 = 7600， 紫紫 = 4000代入得代入得 k=1.1 紫紅)1( kk只有第一級彩色只有第一級彩色(cis)(cis)光譜是清晰可辨的。光譜是清晰可辨的。因為因為 k只能只能(zh nn)取整數(shù)，所以應取取整數(shù)，所以應取 k=2dkd紅(1)dkd紫第104頁/共120頁第一百零五頁，共121頁。1066 光學薄膜的基本原理光學薄膜的基本原理光在真空中的速度光在真空中的速度001c光在介質(zhì)中的速度光在介質(zhì)中的速度1uncu1uc真空中的波長真空中的波長介質(zhì)的折射率介質(zhì)的折射率n介質(zhì)中的波長介質(zhì)中的波長第105頁/共120頁第一百零六頁，共121頁。107)(2cos1101

44、rTtEE)(2cos2202rTtEE*1sP1r*2s2rn第106頁/共120頁第一百零七頁，共121頁。108 波程差波程差 12rrr 相位差相位差 )(2)(212rTtrTt*1sP1r*2s2rnn介質(zhì)中的波長介質(zhì)中的波長第107頁/共120頁第一百零八頁，共121頁。109)(212rr)(212rnr 物理意義：光程就是光在介質(zhì)中物理意義：光程就是光在介質(zhì)中通過通過(tnggu)的幾何路程按相位差相的幾何路程按相位差相等折合到真空中的路程等折合到真空中的路程.nrr*1sP1r*2s2rn (1)光程光程: 介質(zhì)介質(zhì)(jizh)折射率與光的幾何路程之積折射率與光的幾何路程之積 =nr第108頁/共120頁第一百零九頁，共121頁。110(2)(2)光程光程(un chn)(un chn)差差 ( (兩兩光程光程(un chn)(un chn)之差之差) )12rnr光程差光程差*1sP1r*2s2rn2 相位