《光學(xué)國際》PPT課件

1、第十一章,波動(dòng)光學(xué),上一張,下一張,返回,光的基本知識(shí),光是電磁波，是橫波?？梢姽猓侯l率（3.97.5）1014Hz波長(zhǎng)40007600光速：真空中299792458m/s(3108)介質(zhì)中u=c/n光強(qiáng)：2光矢量：E矢量,相干光的獲得：,1）波陣面分割：,2）振幅分割法：,托馬斯.揚(yáng)實(shí)驗(yàn)菲涅耳雙鏡實(shí)驗(yàn)洛埃鏡實(shí)驗(yàn),牛頓環(huán)劈尖膜的干涉邁克爾遜干涉儀,上一張,下一張,返回,光的疊加,P323,2，相干光的疊加：,上一張,下一張,返回,定義2：為光程差。,意義：把光在不同介質(zhì)的問題，全部折算到真空中來。,上一張,下一張,返回,光程（Opticalpath）,光程差與相位差的關(guān)系：,干涉判據(jù):（P34

2、0）,上一張,下一張,返回,11-2楊氏雙縫干涉,英國，ThomasYoung(1773-1829),1.楊氏實(shí)驗(yàn),上一張,下一張,返回,1801年，托馬斯楊，判別光的波動(dòng)性質(zhì)的關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)。在觀察屏上有明暗相間的等間距條紋。,=2-1=r2-r1dsindx/D=k(明紋）,上一張,下一張,返回,揚(yáng)氏雙縫干涉特點(diǎn)：,干涉條紋是平行線。明暗條紋的間距為xD/d光強(qiáng)分布：Imax=4I0，Imin=0,11-3薄膜干涉,日常生活中較常見。如：水面上的油膜，肥皂泡或昆蟲翅膀在陽光照射下呈現(xiàn)的彩色花紋就是薄膜干涉的結(jié)果。,肥皂泡上的彩色干涉條紋,油膜上的彩色干涉條紋,蟬翼上的彩色干涉條紋,上一張,下一

3、張,返回,光垂直入射：,明條紋：=k,暗條紋：=(k+1/2)(k),可見，同一級(jí)次（k一定）的條紋，對(duì)應(yīng)于薄膜上厚度相同點(diǎn)的連線，因此該種條紋稱為等厚干涉條紋。,上一張,下一張,返回,1，劈尖干涉,上一張,下一張,返回,很小，入射光垂直入射.,劈尖干涉,d,薄膜上下兩表面反射光的光程差為：,=2d+/2,明條紋：=k,暗條紋：=(k+1/2)(k),結(jié)論1，相臨條紋（明或暗）對(duì)應(yīng)的高度差為：,上一張,下一張,返回,條紋的間距:,asin=/2,相臨條紋對(duì)應(yīng)的高度差：,相臨條紋的間距：,與劈尖角有關(guān).,上一張,下一張,返回,劈尖干涉條紋特點(diǎn)：,明暗條紋平行于交棱，且同一條條紋對(duì)應(yīng)于同一個(gè)高度，

4、因而是等厚條紋。相臨條紋對(duì)應(yīng)的高度差為/2，故相臨條紋的間距a=/（2sin）=/（2），與劈尖角有關(guān)。越小，條紋越疏；越大，條紋越密。*若劈尖間介質(zhì)為n，則a=/（2n）交棱處為暗條紋。,上一張,下一張,返回,上一張,下一張,返回,劈尖干涉的應(yīng)用:,測(cè)波長(zhǎng)或折射率或劈尖角。測(cè)定微細(xì)金屬絲的直徑（或薄膜厚度）。檢測(cè)金屬表面的光潔度。干涉膨脹儀。,判斷：A點(diǎn)是凹、凸？,答案：A點(diǎn)凸起。,上一張,下一張,返回,2，牛頓環(huán),上一張,下一張,返回,牛頓環(huán)的實(shí)驗(yàn)裝置：,上一張,下一張,返回,12,=2n2e+(/2?),3，增透膜,薄膜上下兩表面反射光的光程差為：,1,當(dāng)n1n2n3或n1n2n2n3時(shí)

5、,=2n2e+/2,上一張,下一張,返回,要使黃綠光增透，即：反射光光強(qiáng)最小，則光程差應(yīng)滿足：,增透膜,(暗條紋，k=0,1,2,),反射光中由于缺少黃綠光而呈藍(lán)紫色。,上一張,下一張,返回,許多現(xiàn)代化大樓的窗戶玻璃常常顯藍(lán)色，且樓外的人看不清大樓內(nèi)部的情況，而樓內(nèi)的人員卻可以看清樓外的情況，就是因?yàn)椴Ａ獗砻嬗幸粚幽ぃ▽?duì)于射向大樓的藍(lán)光是增反膜）的緣故。,4.邁克爾遜干涉儀,上一張,下一張,返回,邁克耳遜干涉儀光路圖,S光源,G1-分光板,G2-補(bǔ)償板,M1,M2-平面反射鏡,M1為M1相對(duì)G1鍍銀層的虛象,上一張,下一張,返回,當(dāng)M2與M1平行時(shí)，出現(xiàn)等傾干涉條紋。,當(dāng)M2與M1有一夾角時(shí)

6、，出現(xiàn)等厚干涉條紋；,類似劈尖的等厚干涉條紋。,上一張,下一張,返回,等厚干涉條紋,從左到右的變化圖中，等厚條紋左移。,上一張,下一張,返回,等傾干涉條紋,當(dāng)M2靠近M1（距離變?。r(shí)，條紋（等傾條紋）向內(nèi)收縮，（吞條紋）；反之，距離變大時(shí)吐條紋。,上一張,下一張,返回,只聞其聲，不見其人。,11-4光的衍射,波在前進(jìn)中遇到障礙物時(shí)，能繞過障礙物的邊緣繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象，稱為波的衍射現(xiàn)象。,光能繞過障礙物的邊緣而偏離直線傳播,而且在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋,這種現(xiàn)象叫光的衍射。,上一張,下一張,返回,一.光的衍射現(xiàn)象：,(1690年),二、惠更斯菲涅耳原理（1818）,惠更斯：,菲涅耳：,波陣面

7、上各點(diǎn)都看成是子波波源.,能定性解釋光的傳播方向問題.,波場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)度由各子波在該點(diǎn)的相干疊加決定.,能定量解釋衍射圖樣中的強(qiáng)度分布.,子波+相干疊加,上一張,下一張,返回,惠更斯菲涅耳原理(Huygens-Fresnelprinciple),上一張,下一張,返回,三、單縫衍射,上一張,下一張,返回,I0=100%I1=4.7%I2=1.62%I3=0.83%,只能看到有限的幾級(jí)明紋.,上一張,下一張,返回,中央明紋的線寬度：,（正比于波長(zhǎng)，反比于縫寬）,上一張,下一張,返回,方孔衍射,上一張,下一張,返回,正三邊形孔,正六邊形孔,正四邊形孔,正八邊形孔,上一張,下一張,返回,方形網(wǎng)絡(luò)的衍射

8、圖樣：,上一張,下一張,返回,X射線是倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)的，它是在真空管中高速電子撞擊金屬靶時(shí)產(chǎn)生的一種射線，波長(zhǎng)為0.1100，人眼看不見，具有很強(qiáng)的穿透能力。,上一張,下一張,返回,單縫衍射：,（單色光）,（白光）,上一張,下一張,返回,波長(zhǎng)的測(cè)量方法：,（4）光柵光譜,（1）雙縫干涉,（2）單縫衍射,（3）邁氏干涉,上一張,下一張,返回,11-5衍射光柵,一、光柵,上一張,下一張,返回,上一張,下一張,返回,狹縫數(shù)N與譜線亮度和分布的關(guān)系：,結(jié)論：N越大，譜線越細(xì)越亮.,上一張,下一張,返回,光柵常數(shù)d=a+b,相鄰兩狹縫的相干光，到達(dá)Q點(diǎn)的光程差：,=dsin,二、光譜,上一張,下一

9、張,返回,光柵常數(shù)d=a+b,當(dāng)相鄰兩狹縫的光到達(dá)Q點(diǎn)的光程差：=dsin,光柵衍射明條紋的條件：衍射角必須滿足（P369）,-光柵方程,dsin=k,(k),=k(k),Q點(diǎn)出現(xiàn)明條紋.,上一張,下一張,返回,光柵光譜特點(diǎn)：,1，明紋細(xì)而亮。光柵常數(shù)d越小，明紋分的越開.,光柵光譜的測(cè)量是測(cè)波長(zhǎng)精度最高的實(shí)驗(yàn)。要進(jìn)一步提高測(cè)量精度，還可選用較小的光柵常數(shù)d.,2，最大明紋級(jí)次kd/,上一張,下一張,返回,白光照射,上一張,下一張,返回,一、光的偏振性,11-6光的偏振,上一張,下一張,返回,光矢量只沿某一固定方向振動(dòng)的光為線偏振光。偏振光的振動(dòng)方向與傳播方向組成的平面稱為振動(dòng)面。,1、線偏振

10、光,上一張,下一張,返回,2、自然光,由于原子發(fā)光的獨(dú)立性與隨機(jī)性，對(duì)于普通光源所發(fā)的光，光矢量分布各向均勻。,各光矢量之間無固定的相位關(guān)系。,任何取向的一個(gè)光矢量都可分解為兩個(gè)相互垂直方向上的分量。,由于自然光的對(duì)稱性，所有取向的光矢量在這兩個(gè)方向上的分量的時(shí)間平均值彼此相等。,上一張,下一張,返回,3、部分偏振光,介于線偏振光與自然光之間的情形，可看成線偏振光與自然光的混合。,上一張,下一張,返回,4、表示方法：,自然光,線偏振光,部分偏振光,上一張,下一張,返回,二、偏振片,某些物質(zhì)吸收光振動(dòng)有選擇性，自然光通過這類物質(zhì)時(shí)，只有一個(gè)方向的光振動(dòng)吸收得最少，其他方向的光振動(dòng)都被吸收，物質(zhì)的

11、這種性質(zhì)稱選擇吸收性或二色性。如：電氣石.,上一張,下一張,返回,利用這種物質(zhì)制成的透明薄膜，稱為偏振片.,偏振片只讓某一方向的光振動(dòng)通過。該方向稱為偏振片的偏振化方向。,用“”表示.,自然光經(jīng)過偏振片后變?yōu)榫€偏振光。偏振片的作用：起偏和檢偏.,出射光強(qiáng)：,上一張,下一張,返回,1，自然光經(jīng)過偏振片后變?yōu)榫€偏振光。2，自然光可分解為兩個(gè)任意垂直方向上的、能量相等的獨(dú)立線偏振光。3，自然光經(jīng)過偏振片后，光強(qiáng)減半。,（1）起偏,自然光經(jīng)過偏振片后，出射光為線偏振光，且光強(qiáng)減半.但旋轉(zhuǎn)偏振片（起偏器），屏上亮暗無變化.,起偏器,I,I0,上一張,下一張,返回,（2）檢偏,線偏振光經(jīng)過偏振片后，透出光

12、為線偏振光，但光強(qiáng)為,I=I0cos2,為入射線偏振光和出射線偏振光,光振動(dòng)方向之間的夾角.,I,I0,若旋轉(zhuǎn)偏振片（檢偏器）一周，,光強(qiáng)消光兩次。,上一張,下一張,返回,=900,=450,=00,上一張,下一張,返回,一束光經(jīng)過偏振片后的光強(qiáng)變化,1，自然光（I0）線偏振光，起偏I(xiàn)=I0/22，線偏振光(I0)線偏振光，檢偏I(xiàn)=I0cos2,總結(jié)：,上一張,下一張,返回,例1，一光束是自然光和線偏振光的混合。當(dāng)它通過一偏振片時(shí)，發(fā)現(xiàn)透射光的強(qiáng)度取決于偏振片的取向，并可變化5倍。求入射光束中兩種光的強(qiáng)度各占總?cè)肷涔鈴?qiáng)度的幾分之幾？,解：設(shè)入射光束中自然光光強(qiáng)為I0，線偏振光的光強(qiáng)為I1，則通過偏振片后，,由題意,上一張,下一張,返回,自然光在兩種各向同性媒質(zhì)分界面上反射、折射時(shí)，反射光和折射光都是