大學物理光學(3)課件

1、 光學研究光的傳播以及它和物質相互作用。通常分為以下三個部分：幾何光學：以光的直線傳播規(guī)律為基礎， 波動光學：研究光的電磁性質和傳播規(guī)律， 量子光學：以光的量子理論為基礎，研究各種成象光學儀器的理論。是干涉、衍射、偏振的理論和應用。物質相互作用的規(guī)律。主要研究光與特別 波動光學和量子光學，統(tǒng)稱為物理光學。3.1 光的相干性3.2 雙縫干涉及其他分波面干涉實驗3.3 時間相干性3.4 空間相干性3.5 光程3.6 薄膜干涉（一） 等厚條紋3.7 薄膜干涉（二） 等傾條紋3.8 邁克耳孫干涉儀目 錄3.1 光的相干性一、光源（light source） 光源發(fā)光，是大量原子、分子的微觀過程。 =

2、(E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射波列波列長 L = c 能級、躍遷、輻射、波列持續(xù)時間108s2、激光光源：受激輻射 = (E2-E1) / hE1完全一樣E21、普通光源：自發(fā)輻射獨立（同一原子先后發(fā)的光）獨立（不同原子發(fā)的光）（傳播方向，頻率，位相，振動方向） 二、光的相干性 1、兩列光波的疊加P12r1r212E0E10E20干涉項（ ，只討論 ）：光矢量光強分布：PI02-24-44I1襯比度差 (V n )反射光2反射光1單色平行光反射光1單色平行光垂直入射ennnA反射光2(設n n )所以反射光1、2的明紋：暗紋：同一厚度e對應同一級條紋 等厚條紋實際應用中大都是平行光垂直

3、入射到劈尖上。程差可簡化計算?？紤]到劈尖夾角極小，反射光1、2在膜面的光光程差為在A點，反射光1有半波損失，條紋間距：因此Leekek+1明紋暗紋n L等厚干涉條紋劈尖不規(guī)則表面白光入射單色光入射肥皂膜的等厚干涉條紋【演示】白光經(jīng)肥皂膜的干涉(1)暗環(huán)erR平晶平凸透鏡 o二 、牛頓環(huán) (2)暗環(huán)： 條紋間距，內(nèi)圈的條紋級次低。（k = 0，1，2 ）(1)、(2)第k個暗環(huán)半徑：光程差：很大明環(huán)半徑公式【思考】平凸透鏡向上移，條紋怎白光入射條紋情況如何？（自己推導）牛頓環(huán)裝置簡圖：平晶S分束鏡 M顯微鏡0平凸透鏡.樣移動?透射光條紋情況如何？牛頓環(huán)照片【演示】白光牛頓環(huán)三 、等厚條紋的應用1

4、、劈尖的應用測波長：已知、n，測 L 可得測折射率：已知、 ，測 L可得 n測細小直徑、測表面不平度h待測塊規(guī)標準塊規(guī)平晶等厚條紋待測工件平晶待測樣品石英環(huán)平晶干涉膨脹儀依據(jù)公式厚度、微小變化：（書P145 例 3.4）（書P146 例 3.5）（書P159習題 3.19）2、牛頓環(huán)的應用：測透鏡球面的半徑R 測波長 檢驗透鏡球表面質量標準驗規(guī)待測透鏡暗紋已知 , 測 m、rk+m、rk ，可得R 。已知R，測出m 、 rk+m、rk， 可得 。 依據(jù)公式若條紋如圖，說明待測透鏡球表面不規(guī)則，且半徑有誤差。一圈條紋對應 的球面誤差。暗紋標準驗規(guī)待測透鏡暗紋標準驗規(guī)待測透鏡【思考】如何區(qū)分如下兩

5、種情況?一、點光源照明時的干涉條紋分析L fP0 r環(huán) ennn n rA CD21Siiii光束1、2的光程差：得 膜厚均勻（e不變）又B3.7 薄膜干涉（二） 等傾條紋（equal inclination fringes）或明紋暗紋形狀：條紋的特點：一系列同心圓環(huán)r環(huán)= f tg i條紋間隔分布：內(nèi)疏外密（為什么？）條紋級次分布：內(nèi)高外低波長對條紋的影響：膜變厚，環(huán)紋擴大：i相同的光線對應同一條干涉條紋 等傾條紋即傾角當k ( k) 一定時，i也一定，L fPor環(huán)iSi12 en nii n二 、面光源照明時，干涉條紋的分析 只要 i 相同，都將匯聚在同一個干涉環(huán)上（非相干疊加），因而明暗對比更鮮明。foennn n面光源Pr環(huán)ii觀察等傾條紋的實驗裝置和光路inMLS f屏幕 對于觀察等傾條紋，沒有光源寬度和條紋襯比度的矛盾 !三. 應用：增透射膜和增反射膜（書例3.7 ）【演示】等傾干涉條紋等傾條紋照片 9 邁克耳孫干涉儀（Michelson interferometer）一. 儀器結構、光路二. 工作原理光束2和1發(fā)生干涉 若M1、M2平行 等傾條紋 若M1、M2有小夾角 等厚條紋十字叉絲等厚條紋M12211半透半反膜補償板反射鏡反射鏡光源觀測裝置薄膜則有：補償板可補償兩臂的附加光程差。若M1平移d 時，干涉條移過N條，SM2M1G1G2E三、邁克耳