大学物理课件波动光学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理教研室 陈亮,*,物理学,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理教研室 陈亮,*,大学物理课件波动光学,杨氏双缝干涉、薄膜干涉,夫琅和费单缝衍射、光栅衍射,偏振、旋光,半波损失、光程、自然光、偏振光,本章要点,11.1 光的干涉,光是一种电磁波,平面电磁波方程,可见光的范围,光矢量 用 矢量表示光矢量, 它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用 .,电磁波是横波,P,2,1,相干光,普通光源发光特点：,1、原子发光是断续的,2、振动方向不同,3、振动频率不同,普通光源的发光机制,原子能级及发光跃迁,基态,激发态,跃迁,自发辐射,p,杨氏双缝干涉实验,暗纹,明纹,明暗条纹的位置,条纹位置与波长的关系：,条纹间距（宽度）：,单色光各级明、暗条纹宽度相同，,不同波长的光条纹宽度不同。,条纹亮度：,各级明条纹亮度相同。,洛埃镜实验,P,M,L,半波损失 ：,光从光疏媒质（n较小）射向光密媒质（n较大）时，反射光的相位较之入射光的相位跃变了 ，相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失。折射光没有半波损失。,光程,同一束光在不同的介质中频率不变。,光程：,nr,光程差：,=n,2,r,2,-n,1,r,1,本质：把光在媒质中的传播折算成在真空中的传播。,相干光产生明、暗条纹的条件：,例1：例11-1,薄膜干涉,当 时,考虑半波损失时，附加光程差取 均可，符号不同， 取值不同，对问题实质无影响.,注意,例2：例11-2,增透膜,2,3,玻璃,11.2 光的衍射,衍射现象：,只有当波长与障碍物的线度可比拟 时，才能观察到明显的衍射现象。,惠更斯-菲涅尔原理,子波干涉,夫琅和费单缝衍射：,光源、单缝、屏幕距离无穷远,缝宽a、波长、焦距f、衍射角,衍射角,对称轴上为中央明条纹,P点的干涉结果由A、B的光程差BC=aSin决定,AB分割为两个半波带,：,半波带法,半波带,：,BC上半个波长,在AB上对应的部分。,AB分割为三个半波带,：,剩下一个半波带无法抵消，所以P点为,明条纹,。,对应点的光程差为/2，所以互相抵消，P点为,暗条纹,。,单缝衍射明、暗条纹的条件：,各级明条纹亮度,光栅衍射,由许多等宽度、等距离的狭缝排列起来形成的光学元件.,衍射角,狭缝宽度：a 刻痕宽度：b,光栅常数,：d=a+b,光栅衍射=单缝衍涉+多缝干涉,光栅公式,（明条纹）,（a+b）Sin=k (k=0，1，2，3),缺级现象,单缝衍射为暗条纹时，即aSin=k时，干涉出现缺级。,即,（a+b）/a为整数时，发生缺级。,光栅衍射光谱,例3：例11-4,光的波动性 干涉、衍射。,光波是横波 偏振、旋光。,机械横波与纵波的区别,机械波穿过狭缝,11.3 光的偏振,自然光 偏振光,自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光。,自然光以两互相垂直的、互为独立的、振幅相等的光振动表示 , 并各具有一半的振动能量。,符号表示,注意,各光矢量间无固定的相位关系。,二,互相,垂直方向是任选的,。,完全偏振光（线偏振光）：,符号表示,部分偏振光 ：,某一方向的光振动比与之垂直方向上的,光振动占优势的光为部分偏振光。,符号表示,光振动只沿某一固定方向的光。,振动面,起 偏,偏振片 起偏与检偏,二向色性 :,某些物质能吸收某一方向的光振动 ,而只让与这个方向垂直的光振动通过。,偏振片 ：,涂有二向色性材料的透明薄片。,偏振化方向 ：,偏振片中能让光振动通过的某一,特定方向。,偏振化方向,起偏器,检偏器,检 偏,起偏器,马吕斯定律,N,M,检偏器,起偏器,N,M,例,4,有两个偏振片,一个用作起偏器, 一个用作检偏器. 当它们偏振化方向间的夹角为 时 , 一束单色自然光穿过它们, 出射光强为 ; 当它们偏振化方向间的夹角为 时, 另一束单色自然光穿过它们 , 出射光强为 , 且 . 求两束单色自然光的强度之比 .,解： 设两束单色自然光的强度分别为 和 .,经过起偏器后光强分别为 和 .,经过检偏器后,立体电影原理,旋光现象,振动面发生旋转,迎着出射光观察：,右旋,：,顺时针,左旋,：,逆时针,对旋光物质：,=d,d：,单位为分米,：,旋光率,对旋光溶液：,= cd,c:,浓度 单位为克/厘米,3,：,比旋率（度）,与物质性质、光波波长及溶液温度有关,旋光计,11.4 光的吸收,朗伯定律,：吸收系数,朗伯-比尔定律,对溶液：,令透射比,吸收度,消光系数,比色计 分光光度计 光谱分析,干涉：,杨氏双缝干涉,薄膜干涉,、半波损失、,光程,衍射：夫琅和费单缝衍射,光栅公式、半波带、缺级、色散,偏振：,马吕斯定律,、自然光、,偏振光,旋光：左旋、右旋、比旋率,吸收：朗伯,-,比尔定律、吸收度,本章小结,11-2、11-11,作业,E,H,C,电 磁 波,400450500550600650760nm,紫 蓝 绿 黄 橙 红,可 见 光 谱,条纹位置与波长的关系：,光 强 分 布 图,圆孔衍射,单缝衍射,*,光的衍射现象,*,菲涅尔衍射和夫琅和费衍射,夫 琅 和 费 衍 射,光源、屏与缝相距无限远,缝,在实验中实现,夫琅和费衍射,菲 涅 尔 衍 射,缝,光源、屏与缝相距有限远,单缝衍射各级条纹亮度,入射光为白光时， 不同， 不同，按波长分开形成彩色光谱.,一级光谱,二级光谱,三级光谱,白光的衍射光谱,称为,色散,现象,光 谱 分 析,由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量,连续光谱,固体热辐射,线光谱,原子发光,带光谱,分子发光,按光谱结构分,光 谱 分 类,按光谱机制分类,发射光谱,样品光源,分光器,纪录仪,吸收光谱,连续光源,样品,分光器,纪录仪,