第16波動光學(xué)

1、第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 第16章波動光學(xué)第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 2 時期 階段 實驗 理論 代表人物萌芽遠古-16世紀(jì) (簡單) 光學(xué)元件反射定律 歐幾里德（前33-前275）幾何17-18世紀(jì) 望遠鏡和 顯微鏡(合)折射定律 開普勒/笛卡兒斯涅耳/牛頓波動19世紀(jì)楊氏/馬呂斯波長/聲速光的電磁理論量子19世紀(jì)末-20世紀(jì)中葉 黑體/光電康普頓效應(yīng)波粒二象性物質(zhì)波愛因斯坦/麥克斯韋/普朗克現(xiàn)代20世紀(jì)中葉-現(xiàn)代 激光/傳遞函數(shù)/全息光的受激輻射肖洛等光學(xué)發(fā)展史的五大階段 楊氏/菲涅耳馬呂斯第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 3(1)(1)古代元氣

2、說古代元氣說 （公元前（公元前400多年的多年的墨經(jīng)墨經(jīng)）光，即火?；饘傥逍兄?，五行生于元氣，故光生光，即火。火屬五行之一，五行生于元氣，故光生于元氣。發(fā)光謂之吐氣，受光謂之含氣。于元氣。發(fā)光謂之吐氣，受光謂之含氣。光的本性光的本性 第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 4（2）十七世紀(jì) 微粒說與波動說之爭 牛頓的微粒說牛頓的微粒說 惠更斯的波動說惠更斯的波動說 第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 5 光是一種高速運動著的光是一種高速運動著的微粒流微粒流。 微粒說微粒說能夠能夠很好地解釋很好地解釋光在均勻介質(zhì)中的直線傳播以及在光在均勻介質(zhì)中的直線傳播以及在兩種介質(zhì)分界面上的兩種

3、介質(zhì)分界面上的反射規(guī)律反射規(guī)律，但在解釋，但在解釋折射折射現(xiàn)象時，會得出現(xiàn)象時，會得出與實際情況與實際情況相反相反的結(jié)果的結(jié)果光在密介質(zhì)中的速度應(yīng)大于疏介質(zhì)光在密介質(zhì)中的速度應(yīng)大于疏介質(zhì)中的，并且中的，并且微粒說也不能解釋光的干涉、衍射和偏振微粒說也不能解釋光的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象。等現(xiàn)象。 牛頓的微粒說牛頓的微粒說 光是在充滿整個空間的特殊介質(zhì)光是在充滿整個空間的特殊介質(zhì)“以太以太”中傳播的某種中傳播的某種彈性波，彈性波，因此服從波動的傳播規(guī)律因此服從波動的傳播規(guī)律惠更斯原理?；莞乖?。利用利用惠更斯惠更斯原理不僅能夠正確解釋光的原理不僅能夠正確解釋光的直線傳播和反射直線傳播和反射定律定

4、律，也能夠正確解釋，也能夠正確解釋光的折射定律及雙折射光的折射定律及雙折射現(xiàn)象。現(xiàn)象。惠更斯的波動說惠更斯的波動說 第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 6分歧的焦點：分歧的焦點：光在水中的速度光在水中的速度1850年佛科（年佛科（Foucauld）測定）測定空氣水vv微粒說開始瓦解微粒說開始瓦解第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 7(3)(3)光的機械波動說（光的機械波動說（1919世紀(jì)初世紀(jì)初-后半世紀(jì)）后半世紀(jì)）設(shè)計了雙平面鏡和雙棱鏡干涉實驗，進一步證實設(shè)計了雙平面鏡和雙棱鏡干涉實驗，進一步證實了楊氏關(guān)于雙孔干涉現(xiàn)象解釋的正確性；發(fā)現(xiàn)并解釋了楊氏關(guān)于雙孔干涉現(xiàn)象解釋的正確性

5、；發(fā)現(xiàn)并解釋了菲涅耳衍射；總結(jié)出了菲涅耳公式及菲涅耳方程。了菲涅耳衍射；總結(jié)出了菲涅耳公式及菲涅耳方程。楊氏（楊氏（T. Young）雙孔干涉實驗）雙孔干涉實驗分別通過兩個小孔的兩束光在屏幕上的重疊區(qū)分別通過兩個小孔的兩束光在屏幕上的重疊區(qū)域內(nèi)形成一組明暗相間的條紋。域內(nèi)形成一組明暗相間的條紋。包含了光波波長的包含了光波波長的概念，并初步測定出了光波波長的大小。概念，并初步測定出了光波波長的大小。菲涅耳（菲涅耳（A. J. Fresnel）對光的波動說的貢獻）對光的波動說的貢獻性質(zhì)：彈性機械波，在機械性質(zhì)：彈性機械波，在機械以太以太中傳播。中傳播。第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 8

6、蟬翅在陽光下蟬翅在陽光下蜻蜓翅膀在陽光下蜻蜓翅膀在陽光下白光下的油膜白光下的油膜第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 9(4)(4)光的電磁說（光的電磁說（1919世紀(jì)的后半期世紀(jì)的后半期-）得出了著名的麥克斯韋方程組，預(yù)言出電得出了著名的麥克斯韋方程組，預(yù)言出電磁波的存在，并且推算出電磁波在真空中的傳磁波的存在，并且推算出電磁波在真空中的傳播速度與測量到的光速值極為接近，進一步預(yù)播速度與測量到的光速值極為接近，進一步預(yù)言光是一種電磁波動，誕生了光的電磁理論。言光是一種電磁波動，誕生了光的電磁理論。 赫茲（赫茲（H. R. Hertz）通過一系列實驗于）通過一系列實驗于1888年證實了電

7、磁波的存在。年證實了電磁波的存在。麥克斯韋（麥克斯韋（J. C. MaxwellJ. C. Maxwell）的貢獻：）的貢獻：電磁波的實驗證實：電磁波的實驗證實：第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 10電磁波譜電磁波譜 可見光的波長范圍： 400 nm 760 nm 第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 11為尋找為尋找“以太以太”介質(zhì)，邁克耳孫（介質(zhì)，邁克耳孫（A. A. Michelson）和莫雷（）和莫雷（E. W. Moley）于）于1887年設(shè)計出一臺精密的干涉儀，試圖以此觀察年設(shè)計出一臺精密的干涉儀，試圖以此觀察地球相對地球相對“以太以太”的運動。的運動。結(jié)論：通過任

8、何實驗都不可能觀察到地結(jié)論：通過任何實驗都不可能觀察到地球相對于以太運動的任何效應(yīng)。球相對于以太運動的任何效應(yīng)。麥克斯韋電磁理論的缺陷：假定光波是通過麥克斯韋電磁理論的缺陷：假定光波是通過“以太以太”傳播的。傳播的。1905年，愛因斯坦（年，愛因斯坦（A. Einstein）發(fā)表）發(fā)表了著名的狹義相對論，徹底否定了了著名的狹義相對論，徹底否定了“以太以太”的存在；同時還假設(shè)，光在真空中始終是的存在；同時還假設(shè)，光在真空中始終是以恒定的速度傳播，與光源或觀察者的運以恒定的速度傳播，與光源或觀察者的運動狀態(tài)無關(guān)。動狀態(tài)無關(guān)。第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 12電磁波動說的困境電磁波動說

9、的困境對于黑體輻射和光電效應(yīng)實驗，無論采用何對于黑體輻射和光電效應(yīng)實驗，無論采用何種假設(shè)，只要是以電磁理論為前提，所得結(jié)論都種假設(shè)，只要是以電磁理論為前提，所得結(jié)論都與實驗結(jié)果相矛盾。與實驗結(jié)果相矛盾。(5(5）光的量子說（）光的量子說（2020世紀(jì)初世紀(jì)初-）v 普朗克（普朗克（M. Planck）的黑體輻射公式）的黑體輻射公式v 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程愛因斯坦的光電效應(yīng)方程v “光子（光子（photon）”概念的提出概念的提出第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 13 1924年法國人德布羅意（年法國人德布羅意（De.Broglie)大大膽地提了膽地提了“物質(zhì)波物質(zhì)波”的概念，爾后薛

10、定諤、的概念，爾后薛定諤、海森伯等人創(chuàng)建了量子力學(xué)，又將二者統(tǒng)海森伯等人創(chuàng)建了量子力學(xué)，又將二者統(tǒng)一起來。一起來。 光是一個復(fù)雜性的客體，它的本性只能光是一個復(fù)雜性的客體，它的本性只能通過它所表現(xiàn)的性質(zhì)來確定，它的某些方面通過它所表現(xiàn)的性質(zhì)來確定，它的某些方面象波而另一方面象微粒象波而另一方面象微粒（波粒二象性）（波粒二象性）。但。但它既不是波，也不是微粒，也不是二者的混它既不是波，也不是微粒，也不是二者的混合體。合體。第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 1420 世紀(jì)世紀(jì)50年代激光的出現(xiàn)年代激光的出現(xiàn)以望遠鏡、顯微鏡、光譜儀、干涉儀、照相機等為代表的以望遠鏡、顯微鏡、光譜儀、干涉儀

11、、照相機等為代表的各種光學(xué)儀器及其在精密測量、光譜分析以及成像等方面的各種光學(xué)儀器及其在精密測量、光譜分析以及成像等方面的應(yīng)用應(yīng)用傳統(tǒng)光學(xué)的研究對象：傳統(tǒng)光學(xué)的研究對象：激光技術(shù)，信息光學(xué)，非線性光學(xué)，導(dǎo)波光學(xué)激光技術(shù)，信息光學(xué)，非線性光學(xué)，導(dǎo)波光學(xué)現(xiàn)代光學(xué)現(xiàn)代光學(xué)第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 15經(jīng)典光學(xué)現(xiàn)代光學(xué)過渡（光的吸收、 散射、色散）光的量子性（黑體輻射、光電 效應(yīng)、康普頓效應(yīng)）現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)（激光、非線性光 學(xué)、全息、傅里葉光學(xué)）波動光學(xué)（干涉、衍射、偏振）幾何光學(xué)（原理、儀器）分類：分類：第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 16 16-1-1 光是一種電磁波光

12、是一種電磁波 廣義：廣義： 電磁波電磁波狹義：狹義： 可見光，電磁波中的狹窄波段可見光，電磁波中的狹窄波段光光 可見光的范圍可見光的范圍1414:400 760 nm:7.5 10 4.3 10 Hz 16-1 16-1 相干光的獲得相干光的獲得 第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 17平面電磁波方程平面電磁波方程)urt(cosEE 0)urt(cosHH 0交變電磁場在空間傳播交變電磁場在空間傳播HES001 c 真空中真空中 的光速的光速 光矢量光矢量 矢量矢量能引起人眼視覺和底片能引起人眼視覺和底片感光，叫做光矢量感光，叫做光矢量.E第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué)

13、光源的分類光源的分類1) 輻射性質(zhì)：輻射性質(zhì)：普通光源、激光光源普通光源、激光光源2) 能量補給：能量補給：熱光源、冷光源熱光源、冷光源太陽，白熾燈水銀燈, LED,霓虹燈光源：發(fā)光的物體光源：發(fā)光的物體第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 1916-1-2 16-1-2 光的相干性光的相干性 肥皂泡或光碟表面上的肥皂泡或光碟表面上的彩色花紋，都是光的波彩色花紋，都是光的波動特性所引發(fā)的一種現(xiàn)動特性所引發(fā)的一種現(xiàn)象。象。波動光學(xué)：波動光學(xué)：以光的波動特性為基礎(chǔ)，研究光的傳播以光的波動特性為基礎(chǔ)，研究光的傳播及其規(guī)律的學(xué)科。及其規(guī)律的學(xué)科。第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 回顧機

14、械波的相干性回顧機械波的相干性 強度分布：強度分布：2221 212AAAA A cos 12122rr 相干條件相干條件振動方向相同振動方向相同頻率相同頻率相同相位差恒定相位差恒定相長相長相消相消2, 1, 0 k k2 )12( k普通光源很難實現(xiàn)相干條件普通光源很難實現(xiàn)相干條件光和機械波相干性的比較光和機械波相干性的比較第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 機械波源與光波波源特征不同機械波源與光波波源特征不同容易滿足相干條件容易滿足相干條件難以滿足相干條件難以滿足相干條件 普通光源發(fā)光普通光源發(fā)光特特點點： 原子發(fā)光是斷續(xù)原子發(fā)光是斷續(xù)的，每次發(fā)光形成一的，每次發(fā)光形成一長度有限的

15、波列長度有限的波列, 各各原子各次發(fā)光相互獨原子各次發(fā)光相互獨立，各波列互不相干立，各波列互不相干.普通光源的發(fā)光機制普通光源的發(fā)光機制hE 原子能級及發(fā)光躍遷原子能級及發(fā)光躍遷基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)nE躍遷躍遷自發(fā)輻射自發(fā)輻射第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 普通光源：普通光源： 自發(fā)輻射自發(fā)輻射頻率頻率相位相位偏振態(tài)偏振態(tài)傳播方向傳播方向完完全全相相同同激光：激光： 受激輻射受激輻射頻率頻率振動方向振動方向初相初相不同不同間歇性間歇性隨機性隨機性發(fā)展?fàn)顩r：第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 23 16-1-3 相干光的產(chǎn)生相干光的產(chǎn)生 1. 分波陣面法：分波陣面法：將點光源

16、的波前分割為兩部分，使之分別通過兩個光具組，經(jīng)衍射、反射或折射后交迭起來，在一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生干涉場。楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉 2. 分振幅法：分振幅法：當(dāng)一束光投射到兩種透明媒質(zhì)的分界面上時，光能一部分反射，一部分透射。薄膜干涉薄膜干涉 3. 分振動面法：分振動面法：利用晶體的雙折射效應(yīng)，使不同振動方向的光相干。第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 24波陣面分割法波陣面分割法*光源光源1s2s第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 25楊楊(T.Young)在在1801年年首先首先觀察光的干涉觀察光的干涉現(xiàn)象，并首次測量了現(xiàn)象，并首次測量了光波的波長。光波的波長。第第16章章 波動光

17、學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 26xxr1r2dO楊氏雙縫干涉實驗楊氏雙縫干涉實驗第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 27 設(shè)兩列光波的波動方設(shè)兩列光波的波動方程分別為：程分別為：)2cos()2cos(222111rtAyrtAy第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 28干涉極小干涉極大時1222212121212krrkrr因為因為21干涉極小干涉極大2) 12(1212krrkrr結(jié)論：結(jié)論：光干涉問題的關(guān)鍵在于計算波程差。光干涉問題的關(guān)鍵在于計算波程差。第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 291. 所經(jīng)路程之差為所經(jīng)路程之差為波長的整數(shù)倍波長的整數(shù)倍，則在則在P點兩光振

18、動同相位，振幅點兩光振動同相位，振幅最大，干涉加強；最大，干涉加強；從從 S1和和 S2發(fā)出兩條光線在屏上某一點發(fā)出兩條光線在屏上某一點 P 疊加疊加2. 兩列光波所經(jīng)路程之差為兩列光波所經(jīng)路程之差為半波半波長的奇數(shù)倍長的奇數(shù)倍，則在，則在P點兩光振動反點兩光振動反相位，振幅最小，干涉削弱。相位，振幅最小，干涉削弱。第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 30ooB實實 驗驗 裝裝 置置1s2sspDd Dxdrsin12drrr波程差波程差x1r2rDdDxtgsin第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 31實實 驗驗 裝裝 置置ooB1s2ssrx1r2rDdpkDxdr干涉加強

19、干涉加強, 2 , 1 , 0k2)12(k 干涉干涉減弱減弱第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 322) 12(kdD暗紋暗紋dDkx 明紋明紋,2, 1 ,0kpooB1s2ssrx1r2rDd第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 33干涉條紋在屏幕上的分布：干涉條紋在屏幕上的分布：, 2 , 1 , 0kdDkx明紋：屏幕中央（屏幕中央（k = 0）為中央明紋）為中央明紋), 2 , 1(212kdDkx暗紋：其中其中 k 稱為條紋的稱為條紋的級數(shù)級數(shù) 0 1 2 3 4 5-5-4-3-2-1相鄰兩明紋或暗紋的間距： dDxxxkk1第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物

20、理學(xué) 34( (1) ) 一定時，若一定時，若 變化變化, , 則則 將怎樣變化？將怎樣變化？d D、x第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 35S*白光照射雙縫白光照射雙縫:零級明紋：零級明紋：白色白色其余明紋：其余明紋：彩色光譜彩色光譜高級次重疊。高級次重疊。第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 36( (2) ) 一定時一定時, ,條紋間距條紋間距 與與 的關(guān)系如的關(guān)系如 何？何？xdD 、第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 37例例1.1. 楊氏雙縫的間距為楊氏雙縫的間距為0.2 mm，距離屏幕為，距離屏幕為1m。1. 若第一到第四明紋距離為若第一到第四明紋距離為7

21、.5mm，求入射光波長。，求入射光波長。2. 若入射光的波長為若入射光的波長為600 nm，求相鄰兩明紋的間距。，求相鄰兩明紋的間距。, 2 , 1 , 0kkdDx14144, 1kkdDxxxnm500m10514105 . 71102 . 0733144, 1kkxDdmm3m103102 . 01061337dDx解解第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 38例例2. 無線電發(fā)射臺的工作頻率為無線電發(fā)射臺的工作頻率為1500kHz，兩根相，兩根相同的垂直偶極天線相距同的垂直偶極天線相距400m，并以相同的相位作電，并以相同的相位作電振動。試問：在距離遠大于振動。試問：在距離遠大于

22、400m的地方，什么方向的地方，什么方向可以接受到比較強的無線電信號？可以接受到比較強的無線電信號？ m4001S2S3030解解m200s101.5sm1031618c2400200sinkkdk90,30,0取 k = 0，1，2 得得第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 39思考思考 若在楊氏干涉裝置的一縫后放入一介若在楊氏干涉裝置的一縫后放入一介質(zhì)片質(zhì)片,干涉條紋將會有何變化干涉條紋將會有何變化 oPoo2s實實 驗驗 裝裝 置置1ss第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 4016-2 光程 薄膜干涉媒質(zhì)折射率與光的幾何路程之積媒質(zhì)折射率與光的幾何路程之積 =nr 物理意義

23、物理意義：光程就是光在媒光程就是光在媒質(zhì)中通過的幾何路程按相位差相質(zhì)中通過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.nrr2 21 1 nrnr 光程差：光程差：2 相位差相位差第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 41光干涉的一般條件：光干涉的一般條件： 干涉干涉加強加強,2, 1 ,0,kk,2,1 ,02,kk 干涉干涉減弱減弱, 2 , 1 , 0,2) 12(kk,2, 1 ,0, )12(kk第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 42 若在楊氏干涉裝置的一縫后放入一介若在楊氏干涉裝置的一縫后放入一介質(zhì)片質(zhì)片,干涉條紋將會有何變化干涉條紋將會有何變化

24、oPoo2s實實 驗驗 裝裝 置置1ss第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 43 例例 用薄云母片（用薄云母片（n = 1.58）覆蓋在楊氏雙縫的）覆蓋在楊氏雙縫的其中一條縫上，這時屏上的零級明紋移到原來的第其中一條縫上，這時屏上的零級明紋移到原來的第七級明紋處。如果入射光波長為七級明紋處。如果入射光波長為550 nm，問云母，問云母片的厚度為多少？片的厚度為多少？解：解：P 點為七級明紋位置點為七級明紋位置712 rr插入云母后，插入云母后，P點為零級明紋點為零級明紋012nddrr17ndm106 . 6158. 1105500717610ndP01r2rd1s2s第第16章章 波

25、動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 44FABo 透鏡不引起附加的光程差透鏡不引起附加的光程差FAB焦平面焦平面第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 45P1n1n2n1M2MeLADCD12sinsinnni12nn iDC34E5A1B216-2-2 16-2-2 薄膜干涉薄膜干涉第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 46ADnBCABn1232)(coseBCABiesintan22P1n1n2n1M2MeLiDC34E5A1B212nn iACADsin第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 472cos22sin1cos222232enne2sin222122rinne 反反

26、射光的光程差射光的光程差rk加加 強強), 2, 1(k2) 12(k減減 弱弱),2, 1 ,0(kP1n1n2n1M2MeLiDC34E5A1B212nn 第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 48inne22122tsin2 透透射光的光程差射光的光程差注意：注意：透射光和反透射光和反射光干涉具有互補射光干涉具有互補 性性 ，符合能量守恒，符合能量守恒定律定律.根據(jù)具體根據(jù)具體情況而定情況而定2/sin222122rinneP1n1n2n1M2MeLiDC34E5A1B212nn 第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 49 當(dāng)光線垂直入射時當(dāng)光線垂直入射時 0i222en反2

27、2en反1n1n2n1n3n2n12nn 當(dāng)當(dāng) 時時123nnn思考：當(dāng)思考：當(dāng) 時時第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 50 實例和應(yīng)用實例和應(yīng)用1、油膜和肥皂膜等、油膜和肥皂膜等思考：思考：豎直放置的肥皂膜，豎直放置的肥皂膜，由于重力作用在即將破裂時由于重力作用在即將破裂時呈什么顏色？呈什么顏色？第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 51 例例 平面單色光垂直照射在厚度均勻的油膜上，平面單色光垂直照射在厚度均勻的油膜上，油膜覆蓋在玻璃板上。所用光源波長可以連續(xù)變化，油膜覆蓋在玻璃板上。所用光源波長可以連續(xù)變化，觀察到觀察到500 nm與與700 nm 兩波長的光在反射中消失。

28、油兩波長的光在反射中消失。油膜的折射率為膜的折射率為1.30，玻璃折射率為，玻璃折射率為1.50，求油膜的厚度。，求油膜的厚度。解：解：2) 12(211ken2 1) 1(2221ken2) 12(2) 12(21kk3kmm41073. 6e n1n2第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 52解解 (1)ken1r2, 2 , 1,21kkennm11042, 11enknm552, 21enknm36832, 31enk 例例 一油輪漏出的油一油輪漏出的油(折射率折射率 =1.20)污染了某污染了某海域海域, 在海水在海水( =1.30)表面形成一層薄薄的油污表面形成一層薄薄的油污

29、. (1) 如果太陽正位于海域上空如果太陽正位于海域上空,一直升飛機的駕一直升飛機的駕駛員從機上向下觀察駛員從機上向下觀察,他所正對的油層厚度為他所正對的油層厚度為460nm,則他將觀察到油層呈什么顏色則他將觀察到油層呈什么顏色? (2) 如果一潛水員潛入該區(qū)域水下如果一潛水員潛入該區(qū)域水下,又將看到油又將看到油層呈什么顏色層呈什么顏色?1n2n綠色綠色第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 53nm22082/112, 11enk ( (2) )透射光的光程差透射光的光程差2/21tennm4 .3152/142, 41enknm7362/122, 21enk紅光紅光nm6 .4412/

30、132, 31enk紫光紫光紫紅色紫紅色第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 542、增透膜和增反膜、增透膜和增反膜利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率 .2min4nddnm6 .990k取取氟化鎂為增透膜氟化鎂為增透膜例例 為了增加透射率為了增加透射率 , 求求 氟化鎂膜的最小厚度氟化鎂膜的最小厚度.已知已知 空氣空氣00. 11nnm550,氟化鎂氟化鎂 ,38. 12n減弱減弱2) 12(22rken解解 （增強增強）222ten則則23玻璃玻璃23nn e1n2n第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 55鏡頭顏色為什么發(fā)紫鏡頭顏色為什么

31、發(fā)紫? ?第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 56討論：同一入射角同一入射角i 對應(yīng)同一干涉條紋對應(yīng)同一干涉條紋不同入射角不同入射角 對應(yīng)不同條紋對應(yīng)不同條紋干涉條紋為一組同心圓環(huán)干涉條紋為一組同心圓環(huán)等傾干涉等傾干涉薄膜同一厚度處對應(yīng)同一干涉條紋薄膜同一厚度處對應(yīng)同一干涉條紋薄膜不同厚度處對應(yīng)不同干涉條紋薄膜不同厚度處對應(yīng)不同干涉條紋條紋形狀與薄膜等厚線相同條紋形狀與薄膜等厚線相同等厚干涉等厚干涉(1) 薄膜厚度均勻薄膜厚度均勻(e一定一定)， 隨入射角隨入射角 i 變化變化(2) 入射角入射角i一定一定(平行光入射平行光入射)， 隨隨薄膜厚度薄膜厚度e變化變化根據(jù)具體根據(jù)具體情況而

32、定情況而定2/sin222122rinne第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 5716-2-4 等厚干涉 一一 劈形膜干涉劈形膜干涉 SMDTL1n1n1nn, 2 , 1,kk明紋明紋, 1 , 0,2) 12(kk暗紋暗紋ne22ne第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 58Ln1nD劈尖干涉劈尖干涉nn 1enk2)21(nk2（明紋）（明紋）（暗紋）（暗紋）ll2/n討論討論 1）劈尖）劈尖20e為暗紋為暗紋.E第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 59LnlLlEn223）條紋間距（明紋或暗紋）條紋間距（明紋或暗紋）nl2221niinee2）相鄰明紋（暗紋）間的

33、厚度差）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差Leln2Ln1nE劈尖干涉劈尖干涉nn 12/nll第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 60 4 ）干涉條紋的移動）干涉條紋的移動第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 61Lnl 例例 有一玻璃劈尖有一玻璃劈尖 , 放在空氣中放在空氣中 , 劈尖夾角劈尖夾角rad1085 , 用波長用波長 的單色光垂直的單色光垂直入射時入射時 , 測得干涉條紋的寬度測得干涉條紋的寬度 , 求求 這玻這玻璃的璃的 折射率折射率.nm589mm4 . 2l解解nlln2253. 1m104 . 21082m1089. 5357nln2第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)

34、物理學(xué)物理學(xué) 621）干涉膨脹儀）干涉膨脹儀0ee2Ne 第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 63 2）檢驗光學(xué)元件表面的平整度）檢驗光學(xué)元件表面的平整度2lle 6231el l第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 64由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成e22 e光程差光程差第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 65 牛頓環(huán)干涉圖樣牛頓環(huán)干涉圖樣顯微鏡顯微鏡SLRreM 半透半透半反鏡半反鏡T第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 66白光入射的牛頓環(huán)照片白光入射的牛頓環(huán)照片第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) R), 2 , 1(kk

35、明紋明紋), 1 , 0()21(kk暗紋暗紋re22 e光程差光程差第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) R22222)(eeReRRr02eeRReRr)2(2reRkr)21( kRr 暗環(huán)半徑暗環(huán)半徑明環(huán)半徑明環(huán)半徑第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) ( (1) )從反射光中觀測，中心點是暗點還從反射光中觀測，中心點是暗點還是亮點？從透射光中觀測，中心點是暗點是亮點？從透射光中觀測，中心點是暗點還是亮點？還是亮點？ ( (2) )屬于等厚干涉，條紋間距不等，為屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？什么？), 2 , 1 , 0(k暗環(huán)半徑暗環(huán)半徑明環(huán)半徑明環(huán)半徑), 3 , 2 , 1(kRkr)21( kRr 討討論論第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) ( (4) )應(yīng)用例子應(yīng)用例子:可以用來測量光波波長，可以用來測量光波波長，用于檢測透鏡質(zhì)量，曲率半徑等用于檢測透鏡質(zhì)量，曲率半徑等. ( (3) )將牛頓環(huán)置于將牛頓環(huán)置于 的液體中，條的液體中，條紋如何變？紋如何變？1n第第16章章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)物理學(xué) 71SL1n2nh 例例2 如圖所示為測量油膜折