波动光学 .ppt
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1、波动光学 1现在学习的是第1页,共54页1、普通光源发光的特点:、普通光源发光的特点:2、从同一普通光源获得相干光源的方法:、从同一普通光源获得相干光源的方法:分割波阵面法(双缝干涉、分割波阵面法(双缝干涉、洛埃镜洛埃镜)分割振幅法(薄膜干涉)分割振幅法(薄膜干涉)第一节第一节 光的干涉光的干涉间歇性、随机性间歇性、随机性二、光程与光程差:二、光程与光程差:光程:光在媒质中的几何路程长度光程:光在媒质中的几何路程长度r与媒质的与媒质的 折射率折射率n的乘积的乘积nr光程差:光程之差光程差:光程之差一、光的相干性:一、光的相干性:相干长度:能产生干涉现象的最大光程差相干长度:能产生干涉现象的最大
2、光程差2现在学习的是第2页,共54页三、杨氏双缝干涉:三、杨氏双缝干涉:(英国、托马斯(英国、托马斯.杨、杨、1801)1、干涉装置(、干涉装置(S/S1/S2且且SS1=SS2,dD)及干涉图样)及干涉图样3现在学习的是第3页,共54页光程差为光程差为2、干涉条纹的分布规律:、干涉条纹的分布规律:4现在学习的是第4页,共54页由波的干涉理论可得由波的干涉理论可得:1)=k (明纹(明纹k=0,1,2,(2k-1)/2 (暗纹)(暗纹)k=1,2,2)x=kD/d (明纹)(明纹)k=0,1,2,(2k-1)/2D/d (暗纹)(暗纹)k=1,2,3)条纹间距:条纹间距:相邻明纹间距与相邻暗相
3、邻明纹间距与相邻暗纹间距及一条明纹与暗纹间距及一条明纹与暗纹宽度之和三者相等。纹宽度之和三者相等。5现在学习的是第5页,共54页3、结论:、结论:(1)干涉条纹明暗相间,等距分布。)干涉条纹明暗相间,等距分布。(2)条纹间距)条纹间距x=D/d,因为,因为小,所以小,所以D/d须大,须大,即即dD(3)条纹间距)条纹间距x与与成正比,若用白光,明纹为彩色成正比,若用白光,明纹为彩色条纹(由紫到红)(中央明纹中心为白色)。条纹(由紫到红)(中央明纹中心为白色)。(4)由于两缝宽度相同,光强相等()由于两缝宽度相同,光强相等(I1=I2=I0),明),明纹中心纹中心I=4 I0,暗纹中心,暗纹中心
4、I=0。(5)因为条纹间距)因为条纹间距x=D/d,所以可通过,所以可通过x、D、d测测。6现在学习的是第6页,共54页四、洛埃镜:四、洛埃镜:由杨氏双缝干涉由杨氏双缝干涉=S1L-S2L=0,应为明条纹,应为明条纹而实验结果却为暗条纹,说明光在反射过程而实验结果却为暗条纹,说明光在反射过程中损失了半个波长的光程中损失了半个波长的光程半波损失。半波损失。对对L点:点:所以,光由光疏媒质射向光密媒质表面发所以,光由光疏媒质射向光密媒质表面发生反射时,反射光会发生半波损失。生反射时,反射光会发生半波损失。7现在学习的是第7页,共54页五、薄膜干涉:五、薄膜干涉:(一)等倾干涉(一)等倾干涉8现在学
5、习的是第8页,共54页k (明纹)(明纹)k=1,2,(2k-1)/2(暗纹)(暗纹)k=1,2,(干涉结果由倾角(干涉结果由倾角i决定)决定)9现在学习的是第9页,共54页1)当)当n1和和n3均小于均小于n2(2k-1)/2 (暗纹(暗纹)(反射减弱)(反射减弱)k=1,2,k(明纹)(反射增强)(明纹)(反射增强)k=1,2,(二)等厚干涉:(二)等厚干涉:1、厚度均匀的薄膜:、厚度均匀的薄膜:10现在学习的是第10页,共54页k=1,2,(明纹)(明纹)k=1,2,(暗(暗纹)纹)ii)当当n1 n2 n2 n 3时时11现在学习的是第11页,共54页e=k=1,2,(明纹)k=1,2
6、,(暗纹)即干涉结果由薄膜厚度决定。12现在学习的是第12页,共54页2、劈尖干涉:、劈尖干涉:由于劈尖各处厚度由于劈尖各处厚度e不同,光程差不同,光程差也不同,也不同,因而在劈尖表面形成因而在劈尖表面形成明暗相间的条纹。明明暗相间的条纹。明暗条纹等间距分布。暗条纹等间距分布。(2k+1)/2 (暗纹)(暗纹)k=0,1,2,k(明纹)(明纹)k=1,2,13现在学习的是第13页,共54页k=1,2,(明(明纹)纹)k=0,1,2,(暗纹)(暗纹)相邻两明纹(或暗纹)间相邻两明纹(或暗纹)间的距离为的距离为14现在学习的是第14页,共54页3、牛顿环:、牛顿环:(2k+1)/2 (暗环)(暗环
7、)k=0,1,2,k (明环)(明环)k=1,2,k=1,2,k=0,1,2,六、迈克耳孙干涉仪:六、迈克耳孙干涉仪:15现在学习的是第15页,共54页第二节、光的衍射第二节、光的衍射一、概述一、概述1、衍射:光绕过障碍物传播的现象。、衍射:光绕过障碍物传播的现象。2、菲涅耳衍射(近场衍射):障碍物、菲涅耳衍射(近场衍射):障碍物与光源即观察屏(或其中之一)为有与光源即观察屏(或其中之一)为有限远时的衍射。限远时的衍射。夫琅禾费衍射(远场衍射):障碍夫琅禾费衍射(远场衍射):障碍物与光源即观察屏为无限远时的衍物与光源即观察屏为无限远时的衍射。(用透镜将无限远处的衍射移射。(用透镜将无限远处的衍
8、射移到透镜的焦平面处)到透镜的焦平面处)16现在学习的是第16页,共54页(af)2、透镜的等光程性:、透镜的等光程性:平行光通过透镜会聚平行光通过透镜会聚时,平行光同一波阵时,平行光同一波阵面上的各点到会聚点面上的各点到会聚点的光程相等。的光程相等。AB上各点为同相点,上各点为同相点,AC上各点到上各点到P的光程相等;的光程相等;AB上各点到上各点到P的最大光程差为的最大光程差为BC。1、衍射装置:、衍射装置:二、夫琅禾费单缝衍射:二、夫琅禾费单缝衍射:17现在学习的是第17页,共54页3、半波带法:用/2去等分BC,再去等分AB。暗纹 3/2 明纹 2 暗纹 5/2 明纹 3 暗纹 .=1
9、8现在学习的是第18页,共54页4、衍射条纹的分布、衍射条纹的分布:(1)当)当=0时时(中央明纹中央明纹)(k=1,2,)(暗纹)(暗纹)(k=1,2,)(明纹)(明纹)(k=0,为中央级明纹)(k=0,为中央级明纹一部分)19现在学习的是第19页,共54页5、结论:(1)衍射条纹为明暗相间,但明纹亮度不均匀:中央级最亮,越往两边越暗,第一、第二级明纹亮度仅为中央的4.7%和1.7%。(2)明纹宽度不等:中央级明纹宽度为其它各级明纹宽度的两倍。中央级明纹角宽度中央级明纹宽度其它各级明纹宽度(P205图13-12)20现在学习的是第20页,共54页(3)衍射光谱:若用白光,明纹为)衍射光谱:若
10、用白光,明纹为彩色条纹(由紫到红)(中央明纹彩色条纹(由紫到红)(中央明纹中心为白色)。中心为白色)。(4)衍射角与缝宽有关:)衍射角与缝宽有关:a越小,越小,越大,衍射越显著。越大,衍射越显著。21现在学习的是第21页,共54页三、圆孔衍射:三、圆孔衍射:2、中央亮斑半角宽度、中央亮斑半角宽度D为圆孔半,为圆孔半,,圆孔越小,衍射越显著圆孔越小,衍射越显著3、中央亮斑半角宽度、中央亮斑半角宽度1、衍射图样:中间为圆形亮斑(光强占过圆、衍射图样:中间为圆形亮斑(光强占过圆孔总光强的孔总光强的84%),亮斑周围为明暗相间的),亮斑周围为明暗相间的圆环。圆环。22现在学习的是第22页,共54页(1
11、)光栅衍射相当于衍)光栅衍射相当于衍射与干涉的总和,每条狭射与干涉的总和,每条狭缝都有衍射,各条狭缝又缝都有衍射,各条狭缝又要干涉。要干涉。(2)光栅方程:)光栅方程:相邻两缝的光程差为相邻两缝的光程差为(k=0,1,2,)明纹)明纹1、光栅常数:、光栅常数:a+b。其中。其中a为透光的狭缝宽度,为透光的狭缝宽度,b为狭缝间不透光部分的宽度。为狭缝间不透光部分的宽度。2、光栅衍射:、光栅衍射:四、衍射光栅:四、衍射光栅:23现在学习的是第23页,共54页(由于明纹是由所有狭缝的对应点发出的光线叠加而成,故光栅的狭缝数目越多,明纹越亮。)(由于明纹中间有暗纹,且光栅的狭缝数目越多,暗纹越多。)2
12、4现在学习的是第24页,共54页(3)缺级现象)缺级现象:衍射暗纹与干涉明纹重叠时,明纹缺损。(4)特点:)特点:B、(、(a+b)一定,光栅的缝数越多,明纹越明亮,一定,光栅的缝数越多,明纹越明亮,越细窄。越细窄。A、光栅常数越小,衍射条纹分得越开。、光栅常数越小,衍射条纹分得越开。C、与与有关:若白光入射,中(白)、边有关:若白光入射,中(白)、边(紫(紫红),形成衍射光谱。红),形成衍射光谱。3、衍射光谱:、衍射光谱:25现在学习的是第25页,共54页(光的偏振体现了光的横波的特性)(光的偏振体现了光的横波的特性)第三节、光的偏振第三节、光的偏振一、自然光和偏振光:一、自然光和偏振光:1
13、、自然光:在与光的传播方向垂直的、自然光:在与光的传播方向垂直的平面内,光矢量的振动方向在各个方平面内,光矢量的振动方向在各个方向上出现的几率相同,大小也相同,向上出现的几率相同,大小也相同,这样的光为自然光。这样的光为自然光。2、偏振光:在与光的传播方向垂直的平、偏振光:在与光的传播方向垂直的平面内,光矢量的振动方向不是均匀分布,面内,光矢量的振动方向不是均匀分布,而是:(而是:(1)只局限在一个固定的方向,)只局限在一个固定的方向,这样的光为完全偏振光(线偏振光)。这样的光为完全偏振光(线偏振光)。(2)在某一方向,占优势,这样的光为)在某一方向,占优势,这样的光为部分偏振光。部分偏振光。
14、26现在学习的是第26页,共54页3、自然光和偏振光的图示法、自然光和偏振光的图示法(1)偏振光的图示)偏振光的图示 振动面:完振动面:完全偏振光的振动全偏振光的振动方向与传播方向方向与传播方向构成的平面。构成的平面。偏振面:完偏振面:完全偏振光的振动全偏振光的振动方向的方向的垂直垂直方向方向与传播方向构成与传播方向构成的平面。的平面。27现在学习的是第27页,共54页(2)自然光的图示:)自然光的图示:自然光的可以用两束振动方向垂直自然光的可以用两束振动方向垂直的(两束偏振光振动方向根据需要选取)、的(两束偏振光振动方向根据需要选取)、大小相等偏振光代替。大小相等偏振光代替。自然光的图示自然
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