物理光學(xué)-總復(fù)習(xí)ppt課件

1、光學(xué)總復(fù)習(xí)光學(xué)總復(fù)習(xí)幾何光學(xué)幾何光學(xué)h 0, l0）波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué)( h 0, l0 )主要內(nèi)容主要內(nèi)容量子光學(xué)量子光學(xué)h0, l0）波動(dòng)性波動(dòng)性電磁性電磁性光波與物質(zhì)的光波與物質(zhì)的電磁相互作用電磁相互作用光波的疊加光波的疊加1. 線性疊加原理線性疊加原理. 獨(dú)立傳播原理獨(dú)立傳播原理橫波性橫波性光的偏振光的偏振線性線性介質(zhì)介質(zhì)光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射有限束光波有限束光波相干疊加相干疊加無(wú)限束光波無(wú)限束光波相干疊加相干疊加1542362. 光的干涉光的干涉相干光源的相干光源的獲得方法獲得方法 光光 的的 干干 涉涉 光的干涉條件光的干涉條件: 3個(gè)必要條件和個(gè)必要條件和3個(gè)補(bǔ)充條件個(gè)補(bǔ)

2、充條件幾種典型的干涉幾種典型的干涉1.明暗條紋條件明暗條紋條件,2. 條紋的分布條紋的分布,3.條紋動(dòng)態(tài)變化條紋動(dòng)態(tài)變化.邁克耳孫干涉儀邁克耳孫干涉儀增反、透薄膜增反、透薄膜劈尖等厚干涉，牛頓環(huán)劈尖等厚干涉，牛頓環(huán)F-P 干涉儀干涉儀楊氏干涉等楊氏干涉等分波陣面法分波陣面法等傾干涉等傾干涉光程定義光程定義: nr光程差的計(jì)算光程差的計(jì)算分振分振幅法幅法光光 程程薄膜干涉薄膜干涉等厚干涉等厚干涉主要內(nèi)容主要內(nèi)容多光束干涉多光束干涉一、基本概念：一、基本概念：光的折射率：光的折射率：光強(qiáng)：光強(qiáng)：光速：光速： c = 299 792 458 米米/秒秒可見(jiàn)光范圍：可見(jiàn)光范圍：390760 nm (

3、7.73.9 )1014 Hz)(v rrrcn 2ESI 光的相干條件：根本必要條件：光的相干條件：根本必要條件：同頻率、同振動(dòng)方向、位相差恒定同頻率、同振動(dòng)方向、位相差恒定.補(bǔ)充條件：補(bǔ)充條件：2212112)AA()AA(V 光程差不能太大：光程差不能太大： 2 max光源線度受限制：光源線度受限制： dlbmax 光程：相同時(shí)間內(nèi)，光在介質(zhì)中走光程：相同時(shí)間內(nèi)，光在介質(zhì)中走 r，相當(dāng)于在真，相當(dāng)于在真空中走空中走 nr.光程差：光程差：幾何路徑幾何路徑介質(zhì)介質(zhì) n半波損失半波損失振幅相差不懸殊：振幅相差不懸殊：)(2)(21211220rrrnrn 條紋可見(jiàn)度：條紋可見(jiàn)度：minmax

4、minmaxIIIIV 二、掌握內(nèi)容：二、掌握內(nèi)容：)()( cosVIcosAEEI1240221221 暗暗亮亮 )12(22jj21122 rnrn 暗暗亮亮即即：2)12( jj1、楊氏干涉：、楊氏干涉：亮紋：亮紋： drjtgry00 2、等傾、等厚干涉：、等傾、等厚干涉： 暗暗亮亮2)12(222 jjicosnd3、邁克爾遜干涉儀；、邁克爾遜干涉儀；4、F-P 干涉儀；干涉儀； 5、牛頓環(huán)、牛頓環(huán).條紋間隔：條紋間隔：;0 dry 時(shí)間相干性：時(shí)間相干性：空間相干性：空間相干性：;2 L bld 0光譜重合問(wèn)題：光譜重合問(wèn)題：光疏光疏光密光密 暗暗亮亮2)12( jjsindmi

5、nmaxminj 例例1: 鈉光燈作光源，波長(zhǎng)鈉光燈作光源，波長(zhǎng) ，屏與雙縫，屏與雙縫的距離的距離 L=500 mm ,(1) d = 1.2 mm 和和 d = 10 mm , 相鄰相鄰明條紋間距分別為多大？明條紋間距分別為多大？(2) 若相鄰明條紋的最小分辨若相鄰明條紋的最小分辨距離為距離為 0.065 mm , 能分辨干涉條紋的雙縫間距是多少？能分辨干涉條紋的雙縫間距是多少？m5893. 0解解:(1) d = 1.2 mm mm.dLx250211089355004 d =10 mmmm.dLx0300101089355004 (2),mm.x0650 雙縫間距雙縫間距 d 為：為：m

6、m.xLd5406501089355004 例例2: 楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，P為屏上第五級(jí)亮紋所在位置?，F(xiàn)將為屏上第五級(jí)亮紋所在位置。現(xiàn)將 一一 玻璃片插入光源玻璃片插入光源 發(fā)出的光束途中，則發(fā)出的光束途中，則P點(diǎn)變?yōu)橹醒朦c(diǎn)變?yōu)橹醒?亮條紋的位置，求玻璃片的厚度。亮條紋的位置，求玻璃片的厚度。1S21SSP解、沒(méi)插玻璃片之前二光束的光程差為解、沒(méi)插玻璃片之前二光束的光程差為知知: 玻璃玻璃m. 60 51.n 512 rr1r2r插玻璃片之后二光束的光程差為插玻璃片之后二光束的光程差為 011212 ndrrnddrr 55 .0 dmd 610 例例3: 3: 用白光作雙縫干涉實(shí)

7、驗(yàn)時(shí)，能觀察到幾級(jí)清晰可用白光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，能觀察到幾級(jí)清晰可辨的彩色光譜？辨的彩色光譜？解解: :用白光照射時(shí)，除中央明紋為白光外，兩側(cè)形成外用白光照射時(shí)，除中央明紋為白光外，兩側(cè)形成外紅內(nèi)紫的對(duì)稱彩色光譜紅內(nèi)紫的對(duì)稱彩色光譜. .當(dāng)當(dāng) k k 級(jí)紅色明紋位置級(jí)紅色明紋位置xkxk紅紅大于大于k+1k+1級(jí)紫色明紋位置級(jí)紫色明紋位置x(k+1)x(k+1)紫時(shí)，光譜就發(fā)生紫時(shí)，光譜就發(fā)生重疊。據(jù)前述內(nèi)容有重疊。據(jù)前述內(nèi)容有,dLKxK紅紅紅紅 紫紫紫紫 dLKx)K()1(1 紫紫紅紅紫紫紫紫紅紅 KKK)1( 紅紅 = 7600= 7600， 紫紫 = 4000,= 4000,代入得代

8、入得:K =1.1:K =1.1說(shuō)明說(shuō)明: :白光照射時(shí)在中央白色明紋兩側(cè)，只有第一級(jí)彩色光譜白光照射時(shí)在中央白色明紋兩側(cè)，只有第一級(jí)彩色光譜是清晰可辨的是清晰可辨的. . 玻璃玻璃 n1=1.5， 鍍鍍MgF2 n2=1.38，放在，放在 空氣中，白空氣中，白光垂直射到膜的表面，欲使反射光中光垂直射到膜的表面，欲使反射光中=550nm 的成的成分相消，分相消， 求：膜的最小厚度。求：膜的最小厚度。5 . 13 n38. 12 nh321nnn 相相消消21222 )k(dn 222 ndk24ndk 反射光相消反射光相消 = 增透增透 312nnn考慮：假設(shè)考慮：假設(shè) n2n3 會(huì)得到會(huì)得到

9、什么結(jié)果？為什么望遠(yuǎn)鏡的什么結(jié)果？為什么望遠(yuǎn)鏡的鏡片有的發(fā)紅，有的發(fā)藍(lán)？鏡片有的發(fā)紅，有的發(fā)藍(lán)？ 11 n效果最好效果最好例例4:例例5: 如下圖，在折射率為如下圖，在折射率為1.50的平板玻的平板玻璃表面有一層厚度為璃表面有一層厚度為300nm，折射，折射率為率為1.22的均勻透明油膜，用白光的均勻透明油膜，用白光垂直射向油膜，問(wèn)：垂直射向油膜，問(wèn)： 1) 哪些波長(zhǎng)的可見(jiàn)光在反射光中產(chǎn)生哪些波長(zhǎng)的可見(jiàn)光在反射光中產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉相長(zhǎng)干涉? 2) 哪些波長(zhǎng)的可見(jiàn)光在透射光中產(chǎn)生哪些波長(zhǎng)的可見(jiàn)光在透射光中產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉相長(zhǎng)干涉? 3) 若要使反射光中若要使反射光中=550nm的光產(chǎn)生的光產(chǎn)生相干涉，油

10、膜的最小厚度為多少相干涉，油膜的最小厚度為多少?解：解：(1) 因反射光之間沒(méi)有半波損失，因反射光之間沒(méi)有半波損失，由垂直入射由垂直入射 i =0，得反射光相長(zhǎng)，得反射光相長(zhǎng)干涉的條件為干涉的條件為321 22,k,kdn k/dn22 k =1 時(shí)時(shí) nm73230022. 121 紅光紅光 k =2 時(shí)時(shí) nm3662/30022. 122 故反射中只有可見(jiàn)光故反射中只有可見(jiàn)光的紅光產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉的紅光產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉.紫外紫外 d(2) 對(duì)于透射光，相長(zhǎng)條件為：對(duì)于透射光，相長(zhǎng)條件為： 321 222,k,kdn 1242kdn k =1 時(shí)時(shí) nm.dn14643002214421 紅外紅外

11、 k =2 時(shí)時(shí) nm.dn488330022143422 青色光青色光 ( 紅光的補(bǔ)色紅光的補(bǔ)色 ) k =3 時(shí)時(shí) nm.dn293530022145423 紫外紫外 (3) 由反射相消干涉條件為由反射相消干涉條件為 ： , ,k,kdn210 21222 2412nkd 顯然顯然 k = 0 所產(chǎn)生對(duì)應(yīng)所產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的厚度最小，即的厚度最小，即 )(113221455042nm.ndmin 例例6：?jiǎn)枺簡(jiǎn)枺?. 若反射光相消干涉的條件中若反射光相消干涉的條件中取取 k=1，膜的厚度為多少？，膜的厚度為多少？2. 此增此增透膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)有沒(méi)有增反？透膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)有沒(méi)有增反？知：用波長(zhǎng)知

12、：用波長(zhǎng) ，照相機(jī)鏡頭，照相機(jī)鏡頭n3 =1.5,其上涂一層其上涂一層 n2=1.38 的氟化鎂增透膜，的氟化鎂增透膜，光線垂直入射。光線垂直入射。nm550 21222/)k(dn 解：解：1. 因?yàn)橐驗(yàn)?，所以反射光，所以反射光經(jīng)歷兩次半波損失。反射光相干相經(jīng)歷兩次半波損失。反射光相干相消的條件是：消的條件是：11n5 . 13n38. 12nd代入代入k=1 和和 n2 求得：求得：m.nd792109822381410550343 321nnn 11n5 . 13n38. 12nd此膜對(duì)反射光相干相長(zhǎng)的條件：此膜對(duì)反射光相干相長(zhǎng)的條件： kdn 22nmk85511 nm.k54122

13、2 nmk27533 可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍 400700nm波長(zhǎng)波長(zhǎng)412.5nm的可的可見(jiàn)光有增反。見(jiàn)光有增反。結(jié)果問(wèn)：?jiǎn)枺?. 此增透膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)此增透膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)有沒(méi)有增反？有沒(méi)有增反？例例7：氦氖激光器中的諧振腔反射鏡，要求對(duì)波長(zhǎng)：氦氖激光器中的諧振腔反射鏡，要求對(duì)波長(zhǎng)=6328A0的單色光反射率達(dá)的單色光反射率達(dá)99%以上，為此在以上，為此在反射鏡的玻璃表面上交替鍍上反射鏡的玻璃表面上交替鍍上 ZnS (n1=2.35)和和低折射率材料低折射率材料MgF2 (n2 =1.38)，共十三層，求，共十三層，求每層膜的實(shí)際厚度？（按最小厚度要求）每層膜的實(shí)際厚度？（按最小厚

14、度要求）n1n1n1n2n2n23212211,kk/nd 實(shí)際使用光線實(shí)際使用光線: 垂直入射，有半波損失。所以垂直入射，有半波損失。所以nm.|n)k(dk367412111 3212222,kk/nd nm.|n)k(dk6114412122 ZnS的最小厚度的最小厚度MgF的最小厚度的最小厚度例例8：知：用紫光照射，借助于低倍測(cè)量顯微鏡測(cè)得由中知：用紫光照射，借助于低倍測(cè)量顯微鏡測(cè)得由中心往外數(shù)第心往外數(shù)第 k 級(jí)明環(huán)的半徑級(jí)明環(huán)的半徑 , k 級(jí)往上數(shù)第級(jí)往上數(shù)第16 個(gè)明環(huán)半徑個(gè)明環(huán)半徑 ，平凸透鏡的曲率半徑平凸透鏡的曲率半徑R=2.50m,求：紫光的波長(zhǎng)？求：紫光的波長(zhǎng)？m.rk

15、31003 m.rk3161005 2116216 R)k(rk 解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：212 R)k(rk Rrrkk162216 m.).().(7222210045021610031005 例例9：S1M2MAB在邁克耳孫干涉儀的兩臂在邁克耳孫干涉儀的兩臂中分別引入中分別引入 10 厘米長(zhǎng)的厘米長(zhǎng)的玻璃管玻璃管 A、B ，其中一個(gè)，其中一個(gè)抽成真空，另一個(gè)在充以抽成真空，另一個(gè)在充以一個(gè)大氣壓空氣的過(guò)程中一個(gè)大氣壓空氣的過(guò)程中觀察到觀察到107.2 條條紋移動(dòng)，條條紋移動(dòng)，所用波長(zhǎng)為所用波長(zhǎng)為546nm。求空氣的折射率？。求空氣的折射率？) 1(222nllnl解：

16、設(shè)空氣的折射率為解：設(shè)空氣的折射率為 n相鄰條紋或說(shuō)條紋移動(dòng)一條時(shí)，對(duì)應(yīng)光程差的變化為一個(gè)相鄰條紋或說(shuō)條紋移動(dòng)一條時(shí)，對(duì)應(yīng)光程差的變化為一個(gè)波長(zhǎng)，當(dāng)觀察到波長(zhǎng)，當(dāng)觀察到107.2 條移過(guò)時(shí)，光程差的改變量滿足：條移過(guò)時(shí)，光程差的改變量滿足： 210712.)n( l00029271122107.l.n 邁克耳孫干涉儀的兩臂中邁克耳孫干涉儀的兩臂中便于插放待測(cè)樣品，由條便于插放待測(cè)樣品，由條紋的變化測(cè)量有關(guān)參數(shù)。紋的變化測(cè)量有關(guān)參數(shù)。精度高。精度高。例例10：揚(yáng)氏裝置中，若已知波長(zhǎng)為揚(yáng)氏裝置中，若已知波長(zhǎng)為589nm在遠(yuǎn)處的光屏上形在遠(yuǎn)處的光屏上形成角寬度為成角寬度為 0.020 的暗紋的暗紋.

17、 若將整個(gè)裝置浸入水中，求雙縫若將整個(gè)裝置浸入水中，求雙縫間距和條紋的角寬度間距和條紋的角寬度.提示：提示：,jsind 空氣中：空氣中：水中：水中：njsind ,d nd 對(duì)切透鏡的成像和干涉問(wèn)題：對(duì)切透鏡的成像和干涉問(wèn)題：比累比累(Billet)剖開(kāi)剖開(kāi)透鏡透鏡提示：提示：膠合對(duì)切透鏡？膠合對(duì)切透鏡？?21 SS 梅斯林梅斯林( G.Meslin)對(duì)對(duì)切透鏡切透鏡梅斯林梅斯林對(duì)切透對(duì)切透鏡的特鏡的特殊情況殊情況干涉條紋形狀？干涉條紋形狀？半圓形半圓形干涉條紋形狀？干涉條紋形狀？半圓形半圓形檢查光學(xué)平面的缺陷檢查光學(xué)平面的缺陷條紋偏向膜空氣厚部，條紋偏向膜空氣厚部，表示平面上有凸起。表示平

18、面上有凸起?！巴雇埂?向厚處偏！向厚處偏！平面上有凹坑。平面上有凹坑?！鞍及肌?向薄處偏！向薄處偏！壓壓環(huán)外擴(kuò)：要打磨中央部分環(huán)外擴(kuò)：要打磨中央部分壓壓環(huán)內(nèi)縮：要打磨邊緣部分環(huán)內(nèi)縮：要打磨邊緣部分牛頓環(huán)在光學(xué)冷加工中的應(yīng)用牛頓環(huán)在光學(xué)冷加工中的應(yīng)用每一圈對(duì)應(yīng)每一圈對(duì)應(yīng)2 厚度差因?yàn)楹穸炔钜驗(yàn)?n=1）1. 1. 光強(qiáng)分布光強(qiáng)分布 t tAAT0222icosnd 其中其中: :(1)(2)(3)(4)GGndA0A0tA0tr2A0tr4A0trA0tr32i1i 21220 sinFAIT 214)( F令令: : iert tA20 240iert tA iert tA2011,1)1(0 ieA 12t tr法布里 - 珀羅干涉儀 多光束干涉討論：討論：,jicosndj. 222i20maxAIT ,jicosndj.2)12(2)12(ii2 20220min111AFAIT 所以：稱F 為精細(xì)度.)0(0F )0480(0.2F. )270(2F. )640(20F. )870(200F. 3 2 4 52 .2 .應(yīng)用：應(yīng)用