大學(xué)物理課件：第11章波動(dòng)光學(xué)

1、第11章 波動(dòng)光學(xué),1 光的干涉 2 光的衍射 3 光的偏振,1 光的干涉（Interference of light）,1 光源的發(fā)光特性,一. 光源,光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子, = (E2-E1)/h,E1,E2,能級(jí)躍遷輻射,波列長L = c,1. 普通光源：自發(fā)輻射,獨(dú)立(不同 原子發(fā)的光),獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光),2. 激光光源：受激輻射, = (E2-E1)/h,完全一樣(頻率,位相,振動(dòng)方向,傳播方向),二. 光的相干性,1. 兩列光波的疊加(只討論電振動(dòng)),P:,非相干光源,I = I 1 + I 2 非相干疊加,完全相干光源,相長干涉（明）,(k = 0,1,2,

2、3),相消干涉（暗）,(k = 0,1,2,3),2. 條紋襯比度（對(duì)比度，反襯度）,3.普通光源獲得相干光的途徑,p,S *,分波面法,分振幅法,p,薄膜,S *,襯比度差 (V 1),襯比度好 (V = 1),振幅比,決定襯比度的因素：,光源的寬度,光源的單色性,2 光程,一. 光程、光程差,真空中,媒質(zhì)中, n媒質(zhì)中波長,光程 : L = nd, 真空中波長,折算到真空中,光程差 ： = L2 - L1,例,P:,相位差和光程差的關(guān)系：,光程 L = ( ni di ),二.使用透鏡不會(huì)產(chǎn)生附加光程差,即：物點(diǎn)到象點(diǎn)各光線之間的光程差為零,雖然 abcd+de+ef,但是n *ab=cd

3、+n*de+ef,3 雙縫干涉,一. 雙縫干涉,p,r1,r2,單色光入射,d ，D d (d 10 -4m, D m),光程差：,相位差：,明紋,暗紋,(3) 存在介質(zhì)：,(2) 重疊：,條紋特點(diǎn)：,(1) 不太大時(shí)條紋等間距:,(4) Lloyd 鏡,-半波損失,一. 光的非單色性,1.理想的單色光,2.準(zhǔn)單色光、譜線寬度,準(zhǔn)單色光：在某個(gè)中心波長（頻率）附近有一定波長（頻率）范圍的光。,譜線寬度：,自然寬度,Ei+1,Ei+1,Ei,Ei,4 時(shí)間相干性,造成譜線寬度的原因,二. 相干長度與相干時(shí)間,1.相干長度,兩列波能發(fā)生干涉的最大波程差,：中心波長,只有同一波列分成的兩部分經(jīng)不同的

4、光程再相遇時(shí)才能發(fā)生干涉。,波列長度就是相干長度,光通過相干長度所需時(shí)間,2.相干時(shí)間,5 薄膜干涉 (一), 等厚條紋,一. 劈尖（劈形膜）,夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜,1、2兩束反射光來自同一 束入射光，它們可以產(chǎn)生干涉 。,e,n,n,n,A,反射光2,反射光1,入射光(單色平行光垂直入射),(設(shè)n n ),A: 1、2的光程差,明紋：,暗紋：,同一厚度e對(duì)應(yīng)同一級(jí)條紋等厚條紋,光程差可簡化為圖示情況計(jì)算。,實(shí)際應(yīng)用中,大都是平行光垂直入射到劈尖上。,考慮到劈尖夾角極小, 反射光1、 2在膜面的,2.相鄰條紋間距：,3.透射：,討論：,1.相鄰條紋的高度差：,透射光2,透射光1,入射

5、光(單色平行光垂直入射),1、2的光程差：,4. 牛頓環(huán),光程差：,(1),(k = 0, 1, 2, ),(2),第k個(gè)暗環(huán)半徑,暗環(huán)：,二. 等厚條紋的應(yīng)用,劈尖的應(yīng)用,測(cè)波長：已知、n，測(cè)L可得,測(cè)折射率：已知、，測(cè)L可得n,測(cè)細(xì)小直徑、厚度、微小變化,測(cè)表面不平度,6 薄膜干涉（二）, 等傾條紋,一. 點(diǎn)光源照明時(shí)的干涉條紋分析,L,f,P,o,r環(huán),B,i,r,A,C,D,2,1,S,i,i,i,光束1、2的光程差：,得,即,明紋,暗紋,傾角i相同的光線對(duì)應(yīng)同一條干涉條紋 等傾條紋。,形狀:,條紋特點(diǎn):,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,條紋級(jí)次分布:,波長對(duì)條紋的影響:,膜厚變化時(shí),條紋的移動(dòng)：,二. 面光源照明時(shí)，干涉條紋的分析,只要入射角i相同，都將匯聚在同一個(gè)干涉環(huán)上（非相干疊加）,三. 應(yīng)用舉例,e,n,n,n n,1、濾光：,2、重疊： k大小 k小大 （2k大+1）?。? k小+1）大,最小厚度,討論：,例：白光（40007600埃）垂直入射一空氣中的肥皂膜（e=3800埃,n=1.33），求反射增強(qiáng)的光的波長。,e,1,1,1.33,即：,解：,3、透射：,e,n,n,n n,7 邁克耳遜干涉儀,一. 儀器結(jié)構(gòu)、光路,二 . 工作原理,光束2和