第10章波動(dòng)光學(xué)101-107

波動(dòng)光學(xué)

第11章第十章波動(dòng)光學(xué)§11.1

光源發(fā)光機(jī)理?xiàng)钍想p縫干涉§11.2相位差和光程*§11.3厚度均勻薄膜干涉—等傾干涉§11.4厚度不均勻薄膜干涉—等厚干涉§11.5

單縫衍射和半波帶法§11.6

圓孔衍射和光學(xué)儀器的分辨率§11.7

光柵和光柵衍射§11.8

光的偏振光是電磁波?？梢?jiàn)光波長(zhǎng)波動(dòng)光學(xué)研究光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象。1§11.1

光源發(fā)光機(jī)理?xiàng)钍想p縫干涉1.光源發(fā)光機(jī)理光源中許多原子、分子能級(jí)躍遷各自獨(dú)立，產(chǎn)生的光波在頻率、振動(dòng)方向、位相上各不相同，故兩個(gè)獨(dú)立光源產(chǎn)生的光不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。2兩列光波頻率相同、振動(dòng)方向相同、位相差恒定。2.相干光條件：一.

光源發(fā)光機(jī)理3.獲得相干光的方法原則：將同一波列的光分成兩束，經(jīng)不同路徑后相遇，產(chǎn)生干涉。（1）分波面法洛埃鏡干涉典型代表雙縫干涉。雙縫干涉pS

*3（2）分振幅法透明薄膜典型代表薄膜干涉4二.楊氏雙縫干涉1.實(shí)驗(yàn)儀器：4doS屏上出現(xiàn)與縫平行的明暗相間條紋2.現(xiàn)象：4oS屏上為什么出現(xiàn)明暗相間條紋？d1）S1,S2發(fā)出的是相干光2）S1,S2發(fā)出的兩列相干光在屏幕上相遇，明紋是相干加強(qiáng)的區(qū)域，暗紋是相干減弱的區(qū)域。屏上哪些區(qū)域是明紋，哪些區(qū)域是暗紋？P干涉條件：4oS

明紋

暗紋dP明暗條紋在屏幕上的分布o(jì)5x明紋暗紋xdDδoK為級(jí)數(shù)K=0,+1,-1明紋的坐標(biāo)？K=0,+1,-1暗紋的坐標(biāo)？6因此相鄰兩明紋（或暗紋）間距討論：與無(wú)關(guān)，平行等間距條紋.A.B.C.D.6xdDo白光照出彩條。7A.

把一條縫加寬，條紋如何變化？若d不變，則條紋位置不變。B.

若把S向上移，條紋如何變化？104.光源對(duì)干涉條紋的影響（1）時(shí)間相干性光波單色性愈好，相干長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，時(shí)間相干性愈好，越容易發(fā)生干涉。11光源輻射出一列光波的時(shí)間越長(zhǎng)，則光波的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，就容易發(fā)生干涉，這種與波列持續(xù)時(shí)間有關(guān)的相干性叫時(shí)間相干性。（2）空間相干性設(shè)光源線度b較大，各點(diǎn)發(fā)出的光干涉條紋錯(cuò)開(kāi)互相疊加，使條紋對(duì)比度降低或不清晰。光源線度愈小，干涉條紋愈清晰，空間相干性愈好。1212例題11.1單色光垂直入射到相距0.4mm的雙縫上，雙縫與光屏相距2.0m，求：（1）、測(cè)的第一級(jí)明紋到同側(cè)第四級(jí)明紋的距離為7.5*10-3m，計(jì)算入射光的波長(zhǎng)（2）、若入射光的波長(zhǎng)為4.0*10-7m，計(jì)算相鄰明紋距離xx4x1D1、實(shí)驗(yàn)裝置3三.

半波損失的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證洛埃鏡干涉相當(dāng)于楊氏雙縫干涉?洛埃鏡干涉暗點(diǎn)（半波損失）

32、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象光由空氣射向玻璃，反射光位相產(chǎn)生了突變相當(dāng)于光程改變了33、結(jié)論：當(dāng)光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，反射光產(chǎn)生相位突變，存在半波損失。光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，不存在半波損失。注意：折射率大為光密介質(zhì)，折射率小為光疏介質(zhì)。如果兩束光發(fā)生了偶數(shù)次半波損失，那么半波損失對(duì)干涉不影響。如果兩束光發(fā)生了奇數(shù)次半波損失，那么只需要在兩束光路程差中加上（減去）。3例題11.2：如圖，S1到平面鏡的垂直距離h=2.0*10-3m，S1到光屏的距離為D=0.5m，從S1發(fā)出光的波長(zhǎng)為7.2*10-7m，光屏與平面鏡右端相接觸，求光屏上離接觸點(diǎn)最近的一條明紋到接觸點(diǎn)的距離。Dh§11.2

相位差和光程131.兩束光在相遇處點(diǎn)位相差兩列光波在某點(diǎn)相遇的位相差有以下3種因素構(gòu)成波源處的位相差由于傳播路程不同引起的差異半波損失。132.光程和費(fèi)馬原理假設(shè)光波在折射率為n的介質(zhì)中傳播，光波傳播的幾何路徑為，則光波在介質(zhì)中的光程為光程1）

光程2）

費(fèi)馬原理光在兩點(diǎn)之間是沿光程為最小的路徑傳播。光波在介質(zhì)中經(jīng)過(guò)距離L的傳播，位相滯后3.

透鏡物像之間等光程透鏡物像之間等光程還包含以下含義。由費(fèi)馬原理,透鏡物像之間等光程。SS1透鏡的一些概念:焦點(diǎn),焦距，主軸,焦平面亮點(diǎn)abcd例11.3如圖11.5所示，波長(zhǎng)為500nm的光垂直通過(guò)兩塊緊貼在一起的平行介質(zhì)板，折射率n1=1.3，n2=1.5，厚度e1=2.0*10-6m,e2=3.0*10-6m,求光通過(guò)兩塊介質(zhì)后的相位滯后。14例11.4如圖11.6所示，兩條平行的相干光經(jīng)透鏡會(huì)聚到焦平面上P點(diǎn)。直線N垂直于光線，與兩光線交點(diǎn)分別為A和B。已知光線1在A點(diǎn)的相位為3π/2，光線2在B點(diǎn)的相位為π/2。說(shuō)明P點(diǎn)的干涉情況。例11.5如圖，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用一云母片遮住其中一條縫，光屏上原來(lái)是第七級(jí)明紋位置成為遮住后的中央明紋位置。已知：解：求：云母片厚度光程差改變r(jià)2r1*§5

薄膜干涉131.實(shí)現(xiàn)光的干涉的分振幅法14光程差加強(qiáng)減弱2.干涉條件§6劈尖干涉兩反射光中一條有半波損失，則很小明紋暗紋同一級(jí)條紋對(duì)應(yīng)同一膜厚故稱等厚條紋或等厚干涉。等厚干涉紙空氣劈尖玻璃21明紋暗紋1、等厚干涉光線垂直入射兩相鄰明紋（或暗紋）對(duì)應(yīng)的膜厚度差兩相鄰明紋（或暗紋）對(duì)應(yīng)的條紋間距22動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)暗紋例題11.8例題11.8在兩塊玻璃板夾一細(xì)金屬絲形成一空氣劈尖，金屬絲與棱邊的距離L=2.888*10-2m。用波長(zhǎng)λ=589.3nm的鈉黃光垂直照射，測(cè)得30條明紋的總距離為4.295*10-3m。求出金屬絲的直徑D。2、牛頓環(huán)（光線垂直入射）明暗相間圓環(huán)，邊緣密。空氣薄膜條紋半徑暗環(huán)明環(huán)（3）反射光干涉K=0中央暗點(diǎn)；注意：（1）條紋半徑越大，級(jí)數(shù)k越高。（2）環(huán)內(nèi)疏外密。動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)ek薄膜厚度越大，級(jí)數(shù)越高暗明例題11.9用波長(zhǎng)λ=589.3nm鈉黃光做牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得k級(jí)暗紋半徑為4.0*10-3m，k+5級(jí)暗紋半徑為6.0*10-3m，求透鏡的曲率半徑R和k的值。例題11.10如圖11.13所示，用彼此以凸面緊貼的兩個(gè)平凸透鏡做牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)。兩個(gè)平凸透鏡的曲率半徑分別為R1、R2，照射光的波長(zhǎng)為λ。求第k級(jí)暗環(huán)半徑。3.增透膜1）光線垂直入射到均勻薄膜的上表面，入射角。光程差為20若：加強(qiáng)，處處亮若：減弱，處處暗n1n2n2>n120增透膜：如果一個(gè)膜的反射光減弱，透射光增強(qiáng)。應(yīng)滿足：增反膜：如果一個(gè)膜的反射光加強(qiáng)，透射光減弱。應(yīng)滿足：例題11.7有一折射率為1.33，厚度為400nm的均勻介質(zhì)膜，將其覆蓋在折射率為1.5的玻璃上，膜的上面是空氣。當(dāng)以白光（波長(zhǎng)范圍400-750nm）垂直照射膜時(shí)，波長(zhǎng)為多少的光反射加強(qiáng)。2）、增透膜與增反膜§21—4邁克耳遜干涉儀條紋內(nèi)縮條紋外冒空氣薄膜厚則

點(diǎn)光源形成圓環(huán)形等傾條紋。條紋移動(dòng)一條，光程差改變多少？移動(dòng)多少？27條紋移動(dòng)一條，光程差改變一個(gè)，移動(dòng)。條紋移動(dòng)條，光程差改變一個(gè)，移動(dòng)。（2）可測(cè)透明膜厚或折射率。解：應(yīng)用：（1）可測(cè)或微小長(zhǎng)度變化。例5.透明薄片厚插入薄片后條紋移動(dòng)條求：薄片折射率（3）邁克爾遜--莫雷用干涉儀否定了“以太”的存在。薄片光程差改變28M1

與M2

不嚴(yán)格垂直時(shí)，M1’與M形成一空氣隙劈尖,干涉條紋可視為等厚條紋。

29加強(qiáng)減弱(2)干涉加強(qiáng)、減弱條件：32阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜（AlbertAbrahanMichelson）

邁克爾遜的另一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)是對(duì)光速的測(cè)定。他多次并持續(xù)進(jìn)行光速的測(cè)定工作，其中最精確的測(cè)定值是在1924～1926年，其值為（299796±4）km／s。

因發(fā)明精密光學(xué)儀器和借助這些儀器在光譜學(xué)和度量學(xué)的研究工作中所做出的貢獻(xiàn)，被授予了1907年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

阿爾伯特·亞伯拉罕·邁克爾遜（AlbertAbrahanMichelson）

邁克爾遜的名字是和邁克爾遜干涉儀及邁克爾