《波动光学》PPT课件

1 2 第 十 章 波 动 光 学波 动 光 学 ： 包 括 光 的 干 涉 、 光 的 衍 射 、 光 的 偏 振波 动 光 学 的 理 论 基 础 是 电 磁 场 理 论 。 光 学 是 研 究 光 的 本 性 、 光 的传 播 、 光 与 物 质 相 互 作 用 以 及光 在 科 学 研 究 和 技 术 中 各 种 应用 的 科 学 光 学 可 分 为 几 何 光 学 （ h0, 0） 和 物 理 光 学 两 大 类 .而 物 理 光 学 又 可 分 为 波 动 光 学（ h0, 0） 和 量 子 光 学（ h0, 0） 32.了 解 惠 更 斯 非 涅 耳 原 理 。 理 解 分 析 单 缝 夫 琅 禾 费衍 射 暗 纹 分 布 规 律 的 方 法 。 会 分 析 缝 宽 及 波 长 对 衍 射条 纹 分 布 的 影 响 。3.理 解 光 栅 衍 射 公 式 。 会 确 定 光 栅 衍 射 谱 线 的 位 置 。会 分 析 光 栅 常 量 及 波 长 对 光 栅 衍 射 谱 线 分 布 的 影 响 。4.理 解 自 然 光 和 线 偏 振 光 。 理 解 布 儒 斯 特 定 律 及 马 吕斯 定 律 。 了 解 双 折 射 现 象 。 了 解 线 偏 振 光 的 获 得 方 法 和检 验 方 法 。 1.理 解 获 得 相 干 光 的 方 法 。 掌 握 光 程 的 概 念 以 及 光 程差 和 相 位 差 的 关 系 。 能 分 析 、 确 定 杨 氏 双 缝 干 涉 条 文及 薄 膜 等 厚 干 涉 条 纹 的 位 置 ， 了 解 麦 克 尔 孙 干 涉 仪 的工 作 原 理 。 4 1 相 干 光一 . 光 源光 是 电 磁 波 ,产 生 感 光 和 生理 作 用 的 是 电 场 强 度 .光 源 的 最 基 本 发 光 单 元 是分 子 、 原 子 = (E2-E1)/hE1E2能 级 跃 迁 辐 射波 列波 列 长 L = c 1. 普 通 光 源 ： 自 发 辐 射普 通 光 源 发 光 具 有 独 立 性 、随 机 性 、 间 歇 性(1)一 个 分 子 (或 原 子 )在 一段 时 间 内 发 出 一 列 光 波 ,发光 时 间 持 续 约 10 810 10s. (间 歇 性 )(2)同 一 分 子 在 不 同 时 刻 所发 光 的 频 率 、 振 动 方 向 不一 定 相 同 。 （ 随 机 性 、 独立 性 ）(3)各 分 子 在 同 一 时 刻 所 发光 的 频 率 、 振 动 方 向 、 相 5 位 也 不 一 定 相 同 .(独 立 性 、随 机 性 ) 1. 普 通 光 源 ： 自 发 辐 射普 通 光 源 发 光 具 有 独 立 性 、随 机 性 、 间 歇 性(1)一 个 分 子 (或 原 子 )在 一段 时 间 内 发 出 一 列 光 波 ,发光 时 间 持 续 约 10 810 10s. (间 歇 性 )(2)同 一 分 子 在 不 同 时 刻 所发 光 的 频 率 、 振 动 方 向 不一 定 相 同 。 （ 随 机 性 、 独立 性 ）(3)各 分 子 在 同 一 时 刻 所 发光 的 频 率 、 振 动 方 向 、 相 = (E2-E1)/h E1E2 完 全 一 样 (频 率 ,位 相 ,振 动方 向 ,传 播 方 向 )2. 激 光 光 源 ： 受 激 辐 射激 光 光 源 能 发 出 频 率 ,相位 ,振 动 方 向 ,传 播 方 向 相同 的 光 6 位 也 不 一 定 相 同 .(独 立 性 、随 机 性 ) = (E2-E1)/h E1E2 完 全 一 样 (频 率 ,位 相 ,振 动方 向 ,传 播 方 向 )2. 激 光 光 源 ： 受 激 辐 射激 光 光 源 能 发 出 频 率 ,相位 ,振 动 方 向 ,传 播 方 向 相同 的 光 二 . 光 的 单 色 性单 色 光具 有 单 一 频 率 的 光 称 为 单色 光 .各 种 频 率 复 合 的 光 称为 复 色 光普 通 光 源 所 发 光 为 复 色 光 ,单 色 光 源 发 光 为 单 色 光 .激光 为 最 好 的 单 色 光 源 .色 散 现 象把 复 色 光 中 各 种 不 同 频 率 的光 分 开 ,形 成 光 谱 称 为 光 的色 散 .产 生 单 色 光 的 方 法(1)利 用 色 散 ;(2)利 用 滤 波 片 ; 7 二 . 光 的 单 色 性单 色 光具 有 单 一 频 率 的 光 称 为 单色 光 .各 种 频 率 复 合 的 光 称为 复 色 光普 通 光 源 所 发 光 为 复 色 光 ,单 色 光 源 发 光 为 单 色 光 .激光 为 最 好 的 单 色 光 源 .色 散 现 象把 复 色 光 中 各 种 不 同 频 率 的光 分 开 ,形 成 光 谱 称 为 光 的色 散 .产 生 单 色 光 的 方 法(1)利 用 色 散 ;(2)利 用 滤 波 片 ;(3)利 用 单 色 光 源 ;(4).激 光三 、 光 的 相 干 性1.干 涉 现 象两 列 光 波 相 遇 时 ,出 现 稳 定的 明 暗 相 间 花 样 称 为 光 的干 涉 现 象 .2. 相 干 光能 产 生 干 涉 现 象 的 光 叫 相干 光 ,它 满 足 :(1)频 率 相 同 ;(3)相 位 差 恒 定 .(2)振 动 方 向 相 同 ;一 般 两 独 立 普 通 光 源 发 出的 光 不 是 相 干 光 (激 光 除 外 ), 8 (3)利 用 单 色 光 源 ;(4).激 光三 、 光 的 相 干 性1.干 涉 现 象两 列 光 波 相 遇 时 ,出 现 稳 定的 明 暗 相 间 花 样 称 为 光 的干 涉 现 象 .2. 相 干 光能 产 生 干 涉 现 象 的 光 叫 相干 光 ,它 满 足 :(1)频 率 相 同 ;(3)相 位 差 恒 定 .(2)振 动 方 向 相 同 ;一 般 两 独 立 普 通 光 源 发 出的 光 不 是 相 干 光 (激 光 除 外 ),只 有 同 一 光 源 ,同 一 发 光 区 域 ,同 一 时 刻 发 出 的 光 (即 同 一 原子 ,同 一 时 刻 )才 满 足 相 干 条 件 .3.普 通 独 立 光 源 产 生 干 涉 现象 的 方 法 pS *(1)分 波 面 法 (2)分 振 幅 法 p薄 膜* S使 一 光 源 上 同 一 点 发 出 的 光 ,沿 两 条 不 同 的 路 径 传 播 ,然 后再 使 它 们 相 遇 . 9 只 有 同 一 光 源 ,同 一 发 光 区 域 ,同 一 时 刻 发 出 的 光 (即 同 一 原子 ,同 一 时 刻 )才 满 足 相 干 条 件 .3.普 通 独 立 光 源 产 生 干 涉 现象 的 方 法 pS *(1)分 波 面 法 (2)分 振 幅 法 p薄 膜* S使 一 光 源 上 同 一 点 发 出 的 光 ,沿 两 条 不 同 的 路 径 传 播 ,然 后再 使 它 们 相 遇 . 2光 程 干 涉 明 暗 纹 条 件一 . 光 程 、 光 程 差真 空 中 通 过 距 离 d需 要 时间 :媒 质 中 通 过 距 离 d需 要 时 间 : a b nd n 媒 质t=d/c )( )( nvc cndncdvdt n 10 一 . 光 程 、 光 程 差真 空 中 通 过 距 离 d需 要 时间 :媒 质 中 通 过 距 离 d需 要 时 间 : a b nd n 媒 质 2光 程 干 涉 明 暗 纹 条 件t=d/c )( )( nvc cndncdvdt n 这 说 明 :光 在 媒 质 中 通 过 距离 d需 要 的 时 间 ,等 于 光 在真 空 中 通 过 距 离 nd需 要 的时 间 .为 了 便 于 比 较 ,把 媒质 中 传 播 的 距 离 d折 合 到 真空 中 为 nd定 义 光 程 : L = nd光 程 L = ( ni di )光 程 差 ： = L2 - L1二 .相 位 差 和 光 程 差 的 关 系设 在 同 种 介 质 中 ,两 相 干光 在 P点 的 分 振 动 分 别 为 : 11 这 说 明 :光 在 媒 质 中 通 过 距离 d需 要 的 时 间 ,等 于 光 在真 空 中 通 过 距 离 nd需 要 的时 间 .为 了 便 于 比 较 ,把 媒质 中 传 播 的 距 离 d折 合 到 真空 中 为 nd定 义 光 程 : L = nd光 程 L = ( ni di )光 程 差 ： = L2 - L1二 .相 位 差 和 光 程 差 的 关 系设 在 同 种 介 质 中 ,两 相 干光 在 P点 的 分 振 动 分 别 为 :)()( 12 vrtvrt )(2)()(2 1212 nrnrrrnc )(cos )(cos 222 111 vrtAE vrtAEyy p 12 r1r2 )cos(21 tAEEE yy则 合 振 动 为 cos2 212221 AAAAA 12)()( 12 vrtvrt )(2)()(2 1212 nrnrrrnc )(cos )(cos 222 111 vrtAE vrtAEyy p 12 r1r2 )cos(21 tAEEE yy则 合 振 动 为 cos2 212221 AAAAA 则 有 2三 . 干 涉 明 暗 纹 的 位 置条 件设 21 AA 则 2cos4 2212 AAI相 长 干 涉 （ 明 纹 ） ,2 k (k = 0,1,2,3 ) 相 消 干 涉 （ 暗 纹 ） ,)12( k (k = 0,1,2,3 ) 13 则 有 2三 . 干 涉 明 暗 纹 的 位 置条 件设 21 AA 则 2cos4 2212 AAI相 长 干 涉 （ 明 纹 ） ,2 k (k = 0,1,2,3 ) 相 消 干 涉 （ 暗 纹 ） ,)12( k (k = 0,1,2,3 ) 或 者 .)3,2,1,0(2)12( .)3,2,1,0( kk kk 公 式 对 各 种 干 涉 普 遍 适 用 .四 .使 用 透 镜 不 会 产 生 附加 光 程 差物 点 到 象 点 各 光 线 之 间 的光 程 差 为 零 Sacb S 14 或 者 .)3,2,1,0(2)12( .)3,2,1,0( kk kk 公 式 对 各 种 干 涉 普 遍 适 用 .四 .使 用 透 镜 不 会 产 生 附加 光 程 差物 点 到 象 点 各 光 线 之 间 的光 程 差 为 零 Sacb S 3 分 波 面 干 涉 一 . 双 缝 干 涉 实 验分 波 面 法 产 生 两 束 相 干 单色 光 在 P点 相 遇 pr 1 r2 xxDd od ， D d (d 10 -4m, D m)1.光 程 差 ： Dxdd drr tg sin12 15 3 分 波 面 干 涉 一 . 双 缝 干 涉 实 验分 波 面 法 产 生 两 束 相 干 单色 光 在 P点 相 遇 pr 1 r2 xxDd od ， D d (d 10 -4m, D m)1.光 程 差 ： Dxdd drr tg sin12 2.相 位 差 ： 23.相 干 条 件 :干 涉 加 强 k或 k2 (k = 0,1,2, ) 2,1,0 , kdDkx 4.明 纹 中 心 (屏 上 加 强 点 ) kDxd 由 )12( k干 涉 减 弱 2)12( k或 16 2.相 位 差 ： 23.相 干 条 件 :干 涉 加 强 k或 k2 (k = 0,1,2, ) 2,1,0 , kdDkx 4.明 纹 中 心 (屏 上 加 强 点 ) kDxd 由 )12( k干 涉 减 弱 2)12( k或 5.暗 纹 中 心 2)1 2( ,2)1 2( dDkx k 两 相 邻 明 纹 、 暗 纹 间 距dDxxx kk 16.条 纹 特 点 ：(1) 一 系 列 平 行 的 明 暗 相间 的 条 纹 ； (2) 不 太 大 时 条 纹 等间 ； 17 5.暗 纹 中 心 2)1 2( ,2)1 2( dDkx k 两 相 邻 明 纹 、 暗 纹 间 距dDxxx kk 16.条 纹 特 点 ：(1) 一 系 列 平 行 的 明 暗 相间 的 条 纹 ； (2) 不 太 大 时 条 纹 等间 ；(6)单 缝 沿 x方 向 移 动 ,条 纹间 距 不 变 而 整 体 移 动 .(4) x(5)双 缝 间 距 变 小 ,条 纹 间距 变 大 ;白 光 入 射 应 为 彩 色 条 纹 ;7.杨 氏 实 验 的 光 强 分 布 ,cos2 2121 IIIIIk=0 为 中 央 明 纹 ;(3) 中 间 级 次 低 ； 所 以 I 1 = I2 = I0 由 于 A1 = A2 18(6)单 缝 沿 x方 向 移 动 ,条 纹间 距 不 变 而 整 体 移 动 . (4) x(5)双 缝 间 距 变 小 ,条 纹 间距 变 大 ;白 光 入 射 应 为 彩 色 条 纹 ;7.杨 氏 实 验 的 光 强 分 布 ,cos2 2121 IIIIIk=0 为 中 央 明 纹 ;(3) 中 间 级 次 低 ； 所 以 I 1 = I2 = I0 由 于 A1 = A2 光 强 曲 线 I0 2-2 4-4 k0 1 2-1-2 4I0 x0 x1 x2x -2 x -1 sin0 /d- /d-2 /d 2 /d当 = d sin = k 时 , I = 4I0 ; 02)12( Ik 2cos4 20 II则 )sin2( d 19 二 .劳 埃 德 镜 光 强 曲 线 I 0 2-2 4-4 k0 1 2-1-2 4I0 x0 x1 x2x -2 x -1 sin0 /d- /d-2 /d 2 /d当 = d sin = k 时 , I = 4I0 ; 02)12( Ik 2cos4 20 II则 )sin2( d反 射 波 有 相 位 跃 变 .或 半 波 损 失当 光 从 光 疏 介 质 射 向 光 密介 质 时 ,反 射 波 的 相 位 跃 变屏 的 下 方 (L下 方 )无 干 涉 纹 , L处 为 暗 纹 ,L上 方 条 纹 ,与 杨氏 双 缝 的 明 暗 纹 刚 好 相 反 .揭 示 : PMS1S2 LP 20 二 .劳 埃 德 镜反 射 波 有 相 位 跃 变 .或 半 波 损 失当 光 从 光 疏 介 质 射 向 光 密介 质 时 ,反 射 波 的 相 位 跃 变屏 的 下 方 (L下 方 )无 干 涉 纹 , L处 为 暗 纹 ,L上 方 条 纹 ,与 杨氏 双 缝 的 明 暗 纹 刚 好 相 反 .揭 示 : PMS1S2 LP 例 题 1 以 单 色 光 照 射 到相 距 为 0.2mm的 双 缝 上 , 双 缝 与 屏 幕 的 垂 直 距 离为 1m. (1)从 第 一 级 明 纹到 同 侧 的 第 四 级 明 纹 间的 距 离 为 7.5mm,求 单 色光 的 波 长 ;(2)若 入 射 光 的波 长 为 600nm,求 相 邻 两明 纹 间 的 距 离 .解 : (1) 由 明 纹 条 件 2,1,0 , kdDkx )( 141414 kkdDxxx 21 例 题 1 以 单 色 光 照 射 到相 距 为 0.2mm的 双 缝 上 , 双 缝 与 屏 幕 的 垂 直 距 离为 1m. (1)从 第 一 级 明 纹到 同 侧 的 第 四 级 明 纹 间的 距 离 为 7.5mm,求 单 色光 的 波 长 ;(2)若 入 射 光 的波 长 为 600nm,求 相 邻 两明 纹 间 的 距 离 .解 : (1) 由 明 纹 条 件 2,1,0 , kdDkx )( 141414 kkdDxxx )( 14 14kk xdD 已 知 d =0.2mm, x14 = 7.5mm ,D=1 000mm, 代 入 上 式nm50031000 5.72.0 (2)当 =600nm 时 ,相 邻 两明 纹 间 的 距 离 为 mm0.31062.01000 4 dDx例 题 2S沿 平 行 于 屏 微 微 上 移 ,干 涉 纹如 何 移 动 ?若 0级 明 纹 移 动 k个 22 )( 14 14kk xdD 已 知 d =0.2mm, x14 = 7.5mm ,D=1 000mm, 代 入 上 式nm50031000 5.72.0 (2)当 =600nm 时 ,相 邻 两明 纹 间 的 距 离 为 mm0.31062.01000 4 dDx例 题 2S沿 平 行 于 屏 微 微 上 移 ,干 涉 纹如 何 移 动 ?若 0级 明 纹 移 动 k个 纹 间 距 ,欲 使 其 回 到 原 o处 ,应 在 哪 一 个 缝 后 加 薄 片(n)?薄 片 厚 度 ? X os 1s2s1R2R 1r2r os 2R1R 2r 1r解 : (1) 零 级 明 纹 满足 零 程 差 要 求 1212 1122 0)()()( RRrr rRrRo 23 纹 间 距 ,欲 使 其 回 到 原 o处 ,应 在 哪 一 个 缝 后 加 薄 片(n)?薄 片 厚 度 ? X os 1s2s1R2R 1r2r os 2R1R 2r 1r解 : (1) 零 级 明 纹 满足 零 程 差 要 求 1212 1122 0)()()( RRrr rRrRo 1212 1122 0)()()( rrRR rRrRo 零 级 明 纹 下 移 ,则 整 个 条 纹下 移 .(2)设 在 下 缝 S2中 加 薄 片未 加 薄 片 时 有 kDxdRRrr 1221加 薄 片 后 有 0)1()()( )()()( 2121 2211 tnrrRR rtntRrRo从 而 有 )1()1(12 nkttnRR 24 1212 1122 0)()()( rrRR rRrRo 零 级 明 纹 下 移 ,则 整 个 条 纹下 移 .(2)设 在 下 缝 S2中 加 薄 片未 加 薄 片 时 有 kDxdRRrr 1221加 薄 片 后 有 0)1()()( )()()( 2121 2211 tnrrRR rtntRrRo从 而 有 )1()1(12 nkttnRR t0,这 说 明 薄 片 应 加 在 上缝 S1中 . )1()3( nkt 4 分 振 幅 干 涉 一 . 薄 膜 干 涉 (等 倾 干 涉 )1. 薄 膜 干 涉 的 一 般 概 念入 射 光 照 射 在 一 定 厚 度 的透 明 薄 膜 上 ,在 其 上 ,下 两表 面 产 生 的 两 束 光 而 形 成的 干 涉 叫 薄 膜 干 涉 (分 振幅 干 涉 ). 25 t0,这 说 明 薄 片 应 加 在 上缝 S1中 . )1()3( nkt 4 分 振 幅 干 涉 一 . 薄 膜 干 涉 (等 倾 干 涉 )1. 薄 膜 干 涉 的 一 般 概 念入 射 光 照 射 在 一 定 厚 度 的透 明 薄 膜 上 ,在 其 上 ,下 两表 面 产 生 的 两 束 光 而 形 成的 干 涉 叫 薄 膜 干 涉 (分 振幅 干 涉 ).(1)点 光 源 的 薄 膜 干 涉 非定 域 .S PS PP点 只 有 唯 一 的 两 条 光 线 相遇 形 成 干 涉 .处 处 有 条 纹 .(2)扩 展 光 源 定 域 干 涉 26 (1)点 光 源 的 薄 膜 干 涉 非定 域 .S PS PP点 只 有 唯 一 的 两 条 光 线 相遇 形 成 干 涉 .处 处 有 条 纹 .(2)扩 展 光 源 定 域 干 涉 P点 为 众 多 点 光 源 的 非 相干 叠 加只 在 某 些 特 定 区 域 有 干涉 条 纹S2S1 P(3) 平 行 薄 膜 ,条 纹 定 域 在无 穷 远 .等 倾 干 涉 条 纹 27 P点 为 众 多 点 光 源 的 非 相干 叠 加只 在 某 些 特 定 区 域 有 干涉 条 纹S2S1 P(3) 平 行 薄 膜 ,条 纹 定 域 在无 穷 远 .等 倾 干 涉 条 纹 P (4)不 平 行 薄 膜 ,条 纹 定 域在 薄 表 面 附 近 .等 厚 干 涉 条 纹2.薄 膜 干 涉 分 析设 n1 n3， M1和 M2为膜 上 下 两 表 面 .计 算 光 2和 光 3的 光 程 差 28 P (4)不 平 行 薄 膜 ,条 纹 定 域在 薄 表 面 附 近 .等 厚 干 涉 条 纹2.薄 膜 干 涉 分 析设 n1 n3， M1和 M2为膜 上 下 两 表 面 .计 算 光 2和 光 3的 光 程 差 n1n2n3 eM1M2由 于 DP=CP(由 于 reBCAB cos ireiACAD sintg2sin 2sin2cos2 1112 nintgreren rnin sinsin 21 4 5S L PA1 i Br 2 3CDi )2()( 112 ADnBCABn )11 n 29 n1n2n3 eM1M2由 于 DP=CP(由 于 reBCAB cos ireiACAD sintg2sin 2sin2cos2 1112 nintgreren rnin sinsin 21 4 5 S L PA1 i Br 2 3CDi )2()( 112 ADnBCABn )11 n2 )sin1(cos2 22 rren 2cos2 2 ren反 射 光 干 涉 时 ,光 程 差 为2cos2 2 ren )(,2)12( (, 减 弱加 强 kk )(1)式 中 为 真 空 中 的 波长 值 .讨 论 : 30 2)sin1(cos2 22 rren 2cos2 2 ren反 射 光 干 涉 时 ,光 程 差 为2cos2 2 ren )(,2)12( (, 减 弱加 强 kk )(1)式 中 为 真 空 中 的 波长 值 .讨 论 : 2sin2 22122 inne(2)(3)k表 示 级 次 ,其 始 值 要 保 证0e(4)对 于 321 nnn 情 形2cos2 2 ren与 上 式 等 价对 于 321 nnn 情 形321 nnn 或 ren cos2 2即 :“密 减 疏 加 ,递 变 无 附 差 ”(5)垂 直 入 射 时 (i = 0, r =0) 31 2sin2 22122 inne(2)(3)k表 示 级 次 ,其 始 值 要 保 证0e(4)对 于 321 nnn 情 形2cos2 2 ren与 上 式 等 价对 于 321 nnn 情 形321 nnn 或 ren cos2 2即 :“密 减 疏 加 ,递 变 无 附 差 ”(5)垂 直 入 射 时 (i = 0, r =0) )(,2)12( )(,22 2 减 弱加 强 kken(6)对 于 透 射 光 干 涉 (n1 n3 ) ren cos2 2透透 射 光 干 涉 条 纹 和 反 射 光干 涉 条 纹 互 补(7)凡 倾 角 i相 同 ,其 光 程 差相 等 ,形 成 同 一 条 纹 .这 种 不 同 入射 角 形 成 的 明 暗 相 间 的 干涉 条 纹 称 等 倾 干 涉 条 纹 . 32 )(,2)12( )(,22 2 减 弱加 强 kken(6)对 于 透 射 光 干 涉 (n1 n3 ) ren cos2 2透透 射 光 干 涉 条 纹 和 反 射 光干 涉 条 纹 互 补(7)凡 倾 角 i相 同 ,其 光 程 差相 等 ,形 成 同 一 条 纹 .这 种 不 同 入射 角 形 成 的 明 暗 相 间 的 干涉 条 纹 称 等 倾 干 涉 条 纹 . 增 透 膜 和 高 反 膜 (应 用 )利 用 反 射 光 干 涉 减 弱 (透射 光 加 强 )使 光 能 大 部 分透 射 的 薄 膜 ,称 为 增 透 膜 ;反 之 为 高 反 膜 .设 n1 n2 n3 n1n2n313 2 45(常 见 的 是 空 气 、 氟 化 镁 、玻 璃 )两 界 面 反 射 均 有 半 波 损 失d 33 增 透 膜 和 高 反 膜 (应 用 )利 用 反 射 光 干 涉 减 弱 (透射 光 加 强 )使 光 能 大 部 分透 射 的 薄 膜 ,称 为 增 透 膜 ;反 之 为 高 反 膜 .设 n1 n2 n3 n1n 2n313 2 45(常 见 的 是 空 气 、 氟 化 镁 、玻 璃 )两 界 面 反 射 均 有 半 波 损 失d 反 射 光 光 程 差 = 2n2 e增 透 膜 (反 射 光 相 消 ),有2)12(2 2 ken 24 )12( nke 最 小 厚 度 (k=0) 24ne 高 反 膜 (反 射 光 加 强 ),有 = 2n2e= k 一 油 轮 漏 出 的 油(n2=1.20)污 染 了 某 海 域 ,在海 水 (n3=1.30)表 面 形 成 一层 薄 的 油 污 .如 果 太 阳 正例 题 3 34 反 射 光 光 程 差 = 2n2 e增 透 膜 (反 射 光 相 消 ),有2)12(2 2 ken 24 )12( nke 最 小 厚 度 (k=0) 24ne 高 反 膜 (反 射 光 加 强 ),有 = 2n2e= k 一 油 轮 漏 出 的 油(n2=1.20)污 染 了 某 海 域 ,在海 水 (n3=1.30)表 面 形 成 一层 薄 的 油 污 .如 果 太 阳 正例 题 3 位 于 海 域 上 空 ,一 直 升 飞 机的 驾 驶 员 从 机 上 向 下 观 察 ,他 所 正 对 的 油 层 厚 度 为460nm,则 他 将 观 察 到 油 层呈 什 么 颜 色 ?如 果 一 潜 水员 潜 入 该 区 域 水 下 ,又 将 观察 到 油 层 呈 什 么 颜 色 ?解 :飞 机 上 观 察 的 是 反 射 光条 纹 r = 2n2e由 干 涉 加 强 条 件 = k由 于 n1 n2n3 有k en22有 35 位 于 海 域 上 空 ,一 直 升 飞 机的 驾 驶 员 从 机 上 向 下 观 察 ,他 所 正 对 的 油 层 厚 度 为460nm,则 他 将 观 察 到 油 层呈 什 么 颜 色 ?如 果 一 潜 水员 潜 入 该 区 域 水 下 ,又 将 观察 到 油 层 呈 什 么 颜 色 ?解 :飞 机 上 观 察 的 是 反 射 光条 纹 r = 2n2e由 干 涉 加 强 条 件 = k由 于 n1 n2n2n2n2n2n3) Rre 22 透 射 光 条 纹 与 反 射 光 条 纹互 补(4)平 凸 镜 上 移 ,此 时0 eee 反 射 级 向 中 收 缩 (内 陷 );接 近 时 ,环 向 外 冒 .环 心 呈明 暗 交 替 地 变 化 .(5)实 验 中 用 公 式 RmDD kmk 43.牛 顿 环 的 应 用 mRDD kmk 422 由可 测 透 镜 球 面 的 半 径 R,也可 测 ,检 验 透 镜 球 表 面 质量 51 透 射 光 条 纹 与 反 射 光 条 纹互 补(4)平 凸 镜 上 移 ,此 时0 eee 反 射 级 向 中 收 缩 (内 陷 );接 近 时 ,环 向 外 冒 .环 心 呈明 暗 交 替 地 变 化 .(5)实 验 中 用 公 式 RmDD kmk 43.牛 顿 环 的 应 用 mRDD kmk 422 由可 测 透 镜 球 面 的 半 径 R,也可 测 ,检 验 透 镜 球 表 面 质量 例 题 7 如 图 所 示 ， 牛 顿 环 装置 的 平 凸 玻 璃 与 平 板 玻 璃有 一 小 缝 隙 。 现 用 波 长 为的 单 色 光 垂 直 照 射 ， 已 知平 凸 透 镜 的 曲 率 半 径 为 R，求 反 射 光 形 成 的 牛 顿 环 的各 暗 环 半 径 .n n 3n1 Ro rk e e0 52 例 题 7 如 图 所 示 ， 牛 顿 环 装置 的 平 凸 玻 璃 与 平 板 玻 璃有 一 小 缝 隙 。 现 用 波 长 为的 单 色 光 垂 直 照 射 ， 已 知平 凸 透 镜 的 曲 率 半 径 为 R，求 反 射 光 形 成 的 牛 顿 环 的各 暗 环 半 径 .n n 3n1 Ro rk e e0 解 :由 几 何 关 系 Rre 2 2由 暗 纹 条 件 2)12(2)(2 0 kee暗 环 半 径 )2( 0ekRrk 的 整 数取 02ekk 讨 论 : kre0(1)条 纹 “ 内 陷 ” .(2) kre0条 纹 “ 向 外 长 出 ” . 53 解 :由 几 何 关 系 Rre 2 2由 暗 纹 条 件 2)12(2)(2 0 kee暗 环 半 径 )2( 0ekRrk 的 整 数取 02ekk 讨 论 : kre0(1)条 纹 “ 内 陷 ” .(2) kre0条 纹 “ 向 外 长 出 ” . 5 迈 克 耳 逊 干 涉 仪 一 .迈 克 耳 逊 干 涉 仪M1 2 11S半 透 半 反 膜 M2 M1G1 G2 E光 1: G 2为 补 偿 板SG1G2M1 G2G1 E /2损 /2损21.仪 器 结 构 、 光 路 54 5 迈 克 耳 逊 干 涉 仪 一 .迈 克 耳 逊 干 涉 仪M1 2 11S半 透 半 反 膜 M2 M1G1 G2 E光 1: G 2为 补 偿 板SG1G2M1 G2G1 E /2损 /2损21.仪 器 结 构 、 光 路 光 束 2 和 1 发 生 干 涉 光 2:SG1 M2 G1E /2损 /2损2.明 暗 纹 条 件光 束 2 和 1 无 附 加 程 差 ,两 光 束 的 光 程 差 为 rd cos2式 中 d为 M1与 M2之 间 的 距离 , r为 光 束 2在 M2上 的 入射 角 )(,2)12( )(,cos2 减 弱加 强 kk rd 55 光 束 2 和 1 发 生 干 涉光 2:SG1 M2 G1E /2损 /2损2.明 暗 纹 条 件光 束 2 和 1 无 附 加 程 差 ,两 光 束 的 光 程 差 为 rd cos2式 中 d为 M1与 M2之 间 的 距离 , r为 光 束 2在 M2上 的 入射 角 )(,2)12( )(,cos2 减 弱加 强 kk rd调 节 M2增 大 d,条 纹 外 冒 ;减小 d条 纹 内 陷 .若 r=0时 ,增 大 d,则 有 式 中 m为 条 纹 移 动 数 目 . 2md (k+1)级 纹 在 k级 纹 的 内 侧 .且 条 纹 内 疏 外 密 . (1)在 M1垂 直 M2时 ,得 等 倾干 涉 条 纹 .条 纹 明 暗 相 间 且为 同 心 圆 环 . 中 心 处 条 纹的 明 暗 由 d决 定 . 条 纹 特 点 : 56调 节 M2增 大 d,条 纹 外 冒 ;减小 d条 纹 内 陷 .若 r=0时 ,增 大 d,则 有 式 中 m为 条 纹 移 动 数 目 .2md (k+1)级 纹 在 k级 纹 的 内 侧 .且 条 纹 内 疏 外 密 . (1)在 M1垂 直 M2时 ,得 等 倾干 涉 条 纹 .条 纹 明 暗 相 间 且为 同 心 圆 环 . 中 心 处 条 纹的 明 暗 由 d决 定 . 条 纹 特 点 : d=0 和 d很 大 (大 于 相 干 长度 )时 ,无 干 涉 条 纹 .(2)在 M1不 垂 直 M2时 , M1与 M2形 成 劈 尖 ,得 等 厚 干 涉条 纹 .条 纹 明 暗 相 间 且 为 等间 距 的 直 条 纹 .(3)迈 克 耳 逊 干 涉 仪 的 主 要特 点 :两 相 干 光 束 的 两 臂 完全 分 开 ,其 程 差 的 改 变 可 由移 动 M2和 在 一 光 路 中 加 薄片 实 现 . 加 薄 片 时 ,其 程 差的 改 变 量 为 : 2(n-1)t. 从 而 有 mtn )1(2 57 d=0 和 d很 大 (大 于 相 干 长度 )时 ,无 干 涉 条 纹 .(2)在 M1不 垂 直 M2时 , M1与 M2形 成 劈 尖 ,得 等 厚 干 涉条 纹 .条 纹 明 暗 相 间 且 为 等间 距 的 直 条 纹 .(3)迈 克 耳 逊 干 涉 仪 的 主 要特 点 :两 相 干 光 束 的 两 臂 完全 分 开 ,其 程 差 的 改 变 可 由移 动 M2和 在 一 光 路 中 加 薄片 实 现 . 加 薄 片 时 ,其 程 差的 改 变 量 为 : 2(n-1)t. 从 而 有 mtn )1(2 式 中 m为 条 纹 移 动 数 目 , t为 加 的 薄 片 的 厚 度 .例 题 8迈 克 耳 逊 干 涉 仪 可 用 来 测 单色 光 的 波 长 .当 移 动 M2的 距离 =0.3220mm时 ,测 得 条d纹 移 动 数 目 为 1024条 ,求 单色 光 的 波 长 .若 在 干 涉 仪 的M2前 插 一 薄 玻 璃 片(n=1.632)时 ,可 观 察 到有 150条 干 涉 条 纹 向 一 方移 过 ,已 知 =5000埃 ,求玻 璃 片 的 厚 度 . 58 式 中 m为 条 纹 移 动 数 目 , t为 加 的 薄 片 的 厚 度 .例 题 8迈 克 耳 逊 干 涉 仪 可 用 来 测 单色 光 的 波 长 .当 移 动 M2的 距离 =0.3220mm时 ,测 得 条d纹 移 动 数 目 为 1024条 ,求 单色 光 的 波 长 .若 在 干 涉 仪 的M2前 插 一 薄 玻 璃 片(n=1.632)时 ,可 观 察 到有 150条 干 涉 条 纹 向 一 方移 过 ,已 知 =5000埃 ,求玻 璃 片 的 厚 度 . 2md 解 : 由 有 62892 md设 玻 璃 片 的 厚 度 为 t,则有 mtn )1(2 mnmt 51093.5 )1(2 例 题 9在 迈 克 耳 干 涉 仪 的 两 臂 中 , 分 别 插 入 l =10.0cm 长 的 玻璃 管 , 其 中 一 个 抽 成 真 空 , 另 一 个 则 储 有 压 强 为1.013 10 5Pa 的 空 气 ,用 以 59 2md 解 : 由 有 62892 md设 玻 璃 片 的 厚 度 为 t,则有 mtn )1(2 mnmt 51093.5 )1(2 例 题 9在 迈 克 耳 干 涉 仪 的 两 臂 中 , 分 别 插 入 l =10.0cm 长 的 玻璃 管 , 其 中 一 个 抽 成 真 空 , 另 一 个 则 储 有 压 强 为1.013 10 5Pa 的 空 气 ,用 以 测 量 空 气 的 折 射 率 n . 设 所用 光 波 波 长 为 546nm,实 验时 ,向 真 空 玻 璃 管 中 逐 渐 充入 空 气 ,直 至 压 强 达1.013 105Pa 为 止 . 在 此 过程 中 , 观 察 到 107. 2条 干 涉条 纹 的 移 动 , 试 求 空 气 的 折射 率 .解 :设 充 空 气 前 ,两 相 干 光的 光 程 差 为 1 , 充 入 空气 后 为 2 ,两 种 情 况 下 的 光 程 差 为1 2 =2(n-1)l有 : 2(n-1)l = 107.2 60 测 量 空 气 的 折 射 率 n . 设 所用 光 波 波 长 为 546nm,实 验时 ,向 真 空 玻 璃 管 中 逐 渐 充入 空 气 ,直 至 压 强 达1.013 105Pa 为 止 . 在 此 过程 中 , 观 察 到 107. 2条 干 涉条 纹 的 移 动 , 试 求 空 气 的 折射 率 .解 :设 充 空 气 前 ,两 相 干 光的 光 程 差 为 1 , 充 入 空气 后 为 2 ,两 种 情 况 下 的 光 程 差 为1 2 =2(n-1)l有 : 2(n-1)l = 107.2 空 气 的 折 射 率 为 29000.12 2.1071 ln二 .空 间 相 干 性由 光 源 的 宽 度 所 决 定 的 相干 的 程 度 问 题 .亦 即 讨 论 光源 宽 度 最 大 是 多 少 时 在 它照 明 的 空 间 中 从 波 面 上 提取 出 来 两 个 次 波 源 还 能 相干 的 问 题 .在 杨 氏 双 缝 中 ,当 狭 缝 光源 宽 度 为 b,双 缝 间 距 为 d,光 源 与 双 缝 距 离 为 R,光 波 61 空 气 的 折 射 率 为 29000.12 2.1071 ln二 .空 间 相 干 性由 光 源 的 宽 度 所 决 定 的 相干 的 程 度 问 题 .亦 即 讨 论 光源 宽 度 最 大 是 多 少 时 在 它照 明 的 空 间 中 从 波 面 上 提取 出 来 两 个 次 波 源 还 能 相干 的 问 题 .在 杨 氏 双 缝 中 ,当 狭 缝 光源 宽 度 为 b,双 缝 间 距 为 d,光 源 与 双 缝 距 离 为 R,光 波波 长 为 时 ,对 光 源 的 极限 宽 度 由 下 式 决 定 :dRb 若 给 定 b,则 d ( bRd )称为 相 干 范 围 的 横 向 线 度 .光源 宽 度 b越 小 , d 就 可 以 越大 ,空 间 相 干 性 就 越 好 .三 .时 间 相 干 性由 光 源 发 光 的 持 续 时 间 所决 定 的 相 干 的 程 度 .亦 即 研究 点 光 源 的 光 场 中 沿 光 线距 离 多 远 的 两 点 还 能 相 干的 问 题 . 62 波 长 为 时 ,对 光 源 的 极限 宽 度 由 下 式 决 定 :dRb 若 给 定 b,则 d ( bRd )称为 相 干 范 围 的 横 向 线 度 .光源 宽 度 b越 小 , d 就 可 以 越大 ,空 间 相 干 性 就 越 好 .三 .时 间 相 干 性由 光 源 发 光 的 持 续 时 间 所决 定 的 相 干 的 程 度 .亦 即 研究 点 光 源 的 光 场 中 沿 光 线距 离 多 远 的 两 点 还 能 相 干的 问 题 . 1. 光 的 非 单 色 性 准 单 色 光 :在 某 个 中 心波 长 (频 率 )附 近 有 一 定 波长 (频 率 )范 围 的 光 . 22 理 想 的 单 色 光 、 Ei+1 Ei+1Ei Ei谱 线 宽 度 ： 63 1. 光 的 非 单 色 性 准 单 色 光 :在 某 个 中 心波 长 (频 率 )附 近 有 一 定 波长 (频 率 )范 围 的 光 . 22 理 想 的 单 色 光 、 Ei+1 Ei+1Ei Ei谱 线 宽 度 ：h EE ii 1 0 oII0I0 /2 谱 线 宽 度| 2 c2. 相 干 长 度 M 两 列 波 能 发 生 干 涉 的 最 大波 程 差 64 h EE ii 1 0 oII0I0 /2 谱 线 宽 度| 2 c2. 相 干 长 度 M 两 列 波 能 发 生 干 涉 的 最 大波 程 差 S S1S2c1c2 b1b2 a1a2 p S1S2S c1c2 b1b2 a1a2 p注 : 等 代 表 波 列波 列 长 度 就 是 相 干 长 度: 相 干 时 间 (光 通 过 相干 长 度 所 需 时 间 ) cM 65 S S1S2c1c2 b1b2 a1a2 p S1S2S c1c2 b1b2 a1a2 p注 : 等 代 表 波 列波 列 长 度 就 是 相 干 长 度: 相 干 时 间 (光 通 过 相干 长 度 所 需 时 间 ) cM 由 ccM c和 )(2 只 取 正 值 c有 2M 66谢 谢 ！