章波动光学节

,河南城建学院 杜亚冰,单色光源,反射镜,反射镜,一 迈克耳孙干涉仪,，且与 成 角,移动导轨,补偿板,分光板,14 4 迈克耳孙干涉仪 等倾干涉,迈克耳孙干涉仪实物,迈克耳孙干涉仪实验装置,反射镜,反射镜,单色光源,光程差,的像,当 不垂直于 时，可形成劈尖型等厚干涉条纹.,反射镜,单色光源,反射镜,干涉条纹移动数目,迈克尔孙干涉仪的主要特性,两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.,移动距离,移动反射镜,M,1,干涉条纹的移动,当 与 之间距离变大时，圆形干涉条纹从中心一个个长出,并向外扩张,干涉条纹变密;距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀.,光程差,插入介质片后光程差,光程差变化,干涉条纹移动数目,介质片厚度,缝较大时，光是直线传播的,缝很小时，衍射现象明显,屏幕,光在传播过程中,绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象,称为光的衍射现象。,14,5,光的衍射,一 光的衍射现象,阴,屏幕,影,圆孔衍射,*,指缝衍射,剃须刀片衍射,二 惠更斯,菲涅尔原理,：波阵面上面元,(子波波源),：时刻波阵面,*,惠更斯原理,介质中波动传播到的各点，都可看成是发射子波的新波源，在以后的任何时刻，这些子波的包迹就是新的波阵面。,菲涅尔指出,衍射图中的强度分布是因为衍射时，,波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定,.,P,点振动是各子波在此产生的振动的叠加,.,在实验中实现,夫琅禾费衍射,问：,如何实现夫琅禾费衍射,？,三 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射,夫 琅 禾 费 衍 射,缝,光源、屏与缝相距无限远,菲 涅 尔 衍 射,缝,光源、屏与缝相距有限远,夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射,衍射角,（衍射角 ：向上为正，向下为负,.,）,菲涅尔半波带法,14,6,单缝的夫琅禾费衍射,一 半波带法,缝长,干涉相消（,暗纹,）,干涉加强（,明纹,）,（介于,明,暗,之间）,（个半波带）,个半波带,个半波带,中央明纹中心,讨 论,暗纹,明纹,中央明纹集中大部分能量，明条纹,级次越高亮度越弱,。,全部光线干涉相长,一级明纹中心,:,二级明纹中心,:,（1）,光强分布：,中央明纹中心,:,（2）,明、暗条纹,衍射角,:,中央明纹中心,暗纹,明纹,中央明纹中心,暗纹,明纹,中央明纹角宽度：,（,3,）,明、暗条纹,角宽度,：,其余相邻,明,（或暗）,纹：,第一暗纹（,k=1,）,第一暗纹（,k=-1,）,（等于,两,第一级暗纹,对应的衍射角之和）,（,4,）,明、暗,条纹位置,:,暗纹,明纹,暗纹,明纹,（,5,）,明、暗条纹,线宽度,：,中央明纹的线宽度：,其余相邻,明,（或暗）,纹：,第一暗纹,第一暗纹,（等于,两,第一级暗纹,间的距离）,一定，越大，越大，衍射效应越明显.,光直线传播,增,大,，减,小。,一定,减,小,，增,大。,衍射最大,第一暗纹的衍射角,中央明纹中心,暗纹,明纹,单缝宽度,b,变化，中央明纹宽度如何变化？,越大，越大，衍射效应越明显,.,入射波长变化，衍射效应如何变化,?,讨论：,下面单缝衍射图中，各条入射光线间距相等，,问：,1,）光线,1,与,3,在幕上,P,点相遇时,两光振动的位相差为什么？,2,）,P,点是明还是暗？,答,：,1,）,1,，,3,光线在,P,点相遇时,两光振动的位相差为,.,2,）,P,点是,暗,点,.,缝长,R,P,1,3,5,1,3,5,例,1,一单色平行光垂直入射一单缝，其衍射第三级明纹位置恰好与波长为,600 nm,的单色光垂直入射该缝时衍射的第二级位置重合，试求该单色光的波长,.,解,一 圆孔衍射,艾里斑,：艾里斑直径,14,7,圆孔衍射 光学仪器分辨本领,问,:,为什么我们看不清远处的物体呢,？,二 瑞利判据,对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的,爱里斑中心,刚好和另一点光源,爱里斑边缘,相重合,，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨,.,*,*,三 光学仪器的分辨本领,最小分辨角,（两光点刚好能分辨）,光学仪器分辨率,光学仪器的通光孔径,解（,1,）,（,2,）,（,1,）,人眼的最小分辨角有多大？,（,2,）,若教室黑板上写有一等于号“”，在什么情况下，距离黑板,10m,处的学生才不会因为衍射效应，将等于号“”看成减号“”,?,例,1,设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为 而在可见光中，对人眼最敏感的波长为,550nm,，问,等号两横线间距不小于,2.2 mm,解,（,1,）哈勃,望远镜的最小分辨角为,例2,太空望远镜,（,1,）哈勃,太空望远镜是,1990,年发射升空的天文望远镜，它的主透镜直径为,2,.,4,m,是目前太空中的最大望远镜.在大气层外,615,km,高空绕地运行,可观察,130,亿光年远的太空深处,发现了,500,亿个星系.试计算,哈勃,望远镜对波长为,800,nm,的红外光的最小分辨角.,（,2,）人类正在建造新一代,太空望远镜韦布，计划于,2012,年利用欧洲航天局的“阿丽亚娜,5,号”火箭发射,在距离地球,150,万公里的遥远轨道上运行，以代替将要退役的,哈勃,望远镜.设计中的韦布太空望远镜的主透镜直径至少为,6,m,也可在红外频率下工作，问与,哈勃,望远镜相比韦布望远镜的分辨率预计可以提高多少倍？,提高的倍数为,解,例 2,太空望远镜,例3,毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击.,（1）,有一毫米波雷达，其圆形天线直径为,55,cm,，,发射频率为,220,GHz,的毫米波，计算其波束的角宽度；,（2）,将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行比较，设船用雷达波长为,1.57,cm,，,圆形天线直径为,2.33,m,.,解（1）,（2）,（,1,）,明、暗纹条件,角宽度,（,2,）,中央明纹宽度,线宽度,总结,1.,单缝夫琅禾费衍射,作业,p,238,:14-20,14-21,14-23,最小分辨角,2.,光学仪器的分辨本领,