第十一波動光學(xué)課件

大學(xué)物理學(xué)第八章波動光學(xué)一光的電磁理論光波：電磁波，是電磁量的擾動在空間的傳播，介質(zhì)：橫波簡諧光波方程：：光矢量，引起人視覺反應(yīng)的主要是矢量，可見光：波長：4000~7600頻率：7.71014~4.11014

Hz11.1熱光源的發(fā)光機(jī)理真空：l78006200597057704920470045002900紅外紅紫橙黃綠青藍(lán)紫外InfraredRedOrangeYellowGreenBlueVioletUltravioletBl.n單色光：具有單一頻率的光。復(fù)色光：由各種頻率的光復(fù)合而成的光。如白光。相對光強(qiáng)：二.光源的發(fā)光機(jī)理和特點(diǎn)普通光源最基本發(fā)光單元為分子、原子

=(E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射波列波列長L=

c獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)··獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光)自發(fā)輻射光強(qiáng)：機(jī)制：能級躍遷激光光源受激輻射

=(E2-E1)/hE1E2完全一樣(頻率、相位、振動方向、傳播方向)11.2光的相干性光程和光程差11.2.1光的相干性相干條件同機(jī)械波，即光振動是同方向、同頻率、并在觀察期內(nèi)位相差恒定。設(shè)相干光源的兩列光波在同種媒質(zhì)中傳播相遇：Pr1r2S1S2相遇處合振幅：r1r2P光強(qiáng)：相長干涉（亮）相消干涉（暗）相遇區(qū)域內(nèi)干涉圖樣若I1=I2:干涉圖樣明暗將非常明顯。S1S2P2111.2.2相干光獲得

普通光源發(fā)光特點(diǎn)：原子發(fā)光是斷續(xù)的，每次發(fā)光形成一長度有限的波列,各原子各次發(fā)光相互獨(dú)立，各波列互不相干.1）普通光源的發(fā)光機(jī)制原子能級及發(fā)光躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)躍遷自發(fā)輻射

普通光源獲得相干光的典型途徑（1）原理：設(shè)法將光源同一點(diǎn)發(fā)光分兩部分，然后再使這兩部分疊加起來，這兩部分光將滿足相干條件而成為相干光。（2）獲得相干光的方法：a）分波陣面法：從波陣面上分離出的初相位相同的相

干光源，使之產(chǎn)生干涉。b）分振幅法：利用入射光在薄膜界面的依次反射，將入光的振幅（能量）分解為若干部分經(jīng)過不同的路徑相遇相干。PS

*·P薄膜S*光在媒質(zhì)中走的路程折算成真空中的路程稱光程。真空中媒質(zhì)中光程用光程概念后，波長都用真空中波長。13一光程11.2.3光程光程差二光程差

(兩光程之差)光程差干涉加強(qiáng)相位差干涉減弱*P*半波損失修正n1光疏n2光密E反E入E折a產(chǎn)生半波損失。掠射(a

90o)正射(a

0o)(2)光密到光疏，無半波損失。(3)折射光無半波損失。入射光在光疏媒質(zhì)(n1

小)中前進(jìn)，遇到光密媒質(zhì)

(n1

大)時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置11.3.1楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)波程差11.3分波陣面干涉減弱加強(qiáng)暗紋明紋p

明暗紋條件、位置、間距xPOHSS1S2r1r2xDG（1）明紋明紋中心位置（2）暗紋明紋：k=0，零級明紋或中央

明紋，k=1，2…稱為第一級、

第二級…明紋。暗紋：k=1，2…稱為第一級、第二級…暗紋。（3）條紋間距：兩相鄰明條紋、暗條紋中心點(diǎn)之間的距離明紋：暗紋：條紋以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心，上、下對稱等間距排列。*單色光照射狹縫：平行、等間距、等寬度的明暗相間的直條紋，條紋間距與D成正比，與縫間距d成反比，隨入射光波長增大而增大。

例1以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上,雙縫與屏幕的垂直距離為10m.(1)若屏上第一級干涉明紋到同側(cè)的第四級明紋中心間的距離為75mm,求單色光的波長;(2)若入射光的波長為600nm,求相鄰兩暗紋中心間的距離.解：（1）（2）例:如圖雙縫,已知入射光波長為,將折射率為n

的劈尖緩慢插入光線2中,在劈尖移動過程中,問1）干涉條紋間距是否變化？2）條紋如何移動？SS解：1）條紋間距不變.

點(diǎn)為零級明紋位置零級明紋位置下移無劈尖時(shí)有劈尖時(shí)PL11.4.1平行平面薄膜干涉DC34E5A1B211.4薄膜干涉反射光的光程差加強(qiáng)減弱PLDC34E5A1B2透射光的光程差注意：透射光和反射光干涉具有互補(bǔ)性，符合能量守恒定律.根據(jù)具體情況而定PLDC34E5A1B2當(dāng)光線垂直入射時(shí)當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)增透膜利用反射光干涉相消來減少反射，增加透射。玻璃空氣氟化鎂設(shè)求：增透膜厚度解：相消最小應(yīng)用（1）照相機(jī)鏡頭、太陽能電池表面鍍有增透膜。（2）也可制成增反膜（激光諧振腔反射鏡）。20夾角很?。ǎ┑膬蓚€(gè)平面構(gòu)成的薄膜en1n3n2A反射光2反射光1單色平行光垂直入射劈尖：反射光1、2在膜面A點(diǎn)（膜厚為e）附近相遇，光程差：——如頭發(fā)顯微鏡焦點(diǎn)上45oM

(半透膜)棱邊qn1n3Sn211.4.2劈尖干涉實(shí)驗(yàn)裝置示意圖//劈尖棱邊的明暗相間、等

間距、等寬度的平行直條紋=明紋暗紋（k=0，1，2）空氣劈尖，則n2=1*劈尖干涉的特點(diǎn)ekek+1明紋暗紋(1)等厚干涉：定域在上表面附近的平行于

棱邊的等間距等寬度直條紋遠(yuǎn)離棱邊條紋級次高。(2)棱邊零級暗紋e=0零級明紋

n1n3n2qeld

=(2k+1)l/2kld

(e)同一厚度對應(yīng)同一(k)級條紋證明半波損失存在（k=1，2）(3)相鄰明、暗紋間距明紋：相鄰兩條明紋間的厚度差相鄰兩條明紋間的距離同理暗紋：ekek+1明紋暗紋L

一定在很尖的劈尖上才可清晰地觀察到干涉條紋(4)條紋動態(tài)分析上表面下移（e

），條紋向遠(yuǎn)離棱邊方向平移（生長）若、n2不變、，則l當(dāng)n2

，條紋將變密。移動后條紋位置移動前條紋位置kk-1kk+1膜厚變化多少會有一條條紋移過？思考：條紋

薄膜上表面向上平移（e

）棱邊條紋淹沒

厚度每改變，即有一條條紋移過。2）測膜厚1）干涉膨脹儀劈尖干涉的應(yīng)用Si空氣3）檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度4）測細(xì)絲的直徑[例1]已知玻璃n=1.52，作成劈尖，放置于空氣中，用5893

?黃光垂直照射，測得相鄰條紋間距l(xiāng)=0.25cm，求=？解：已知L=3.5cm，鈉黃光=5893?垂直入射，測得4條明紋之間距離為2cm，求d=?解：[例2]Ldn=111.4.3牛頓環(huán)由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成光程差

牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置牛頓環(huán)干涉圖樣