第17章波动光学.docVIP

教学内容： 1. 杨氏双缝干涉实验装置，获得相干光的方法； 2. 光程的概念以及光程差和相位差的关系； 3. 薄膜干涉中两相干光光程差的分析，确定杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置； 重点难点： 1. 光程的计算； 2. 薄膜干涉明、暗条纹的计算； 基本要求： 1. 了解获得相干光的方法； 2. 掌握计算明、暗条纹的光程差条件； 3. 理解薄膜干涉是由膜的上、下表面分别反射的两束光的干涉； 第十七章 波动光学 引言：光学的发展历史和光的本性（学生自学） 光学的研究内容十分广泛，它包括光的发射、传播和接收等规律，以及光和其它物质的相互作用（如光的吸收、散射和色散，光的机械作用和光的热、电、化学和生理效应等）。光学既是物理学中最古老的一门基础学科，又是当前科学领域中最活跃的前沿阵地之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前途。 光学的发展过程，是人类认识客观世界的历史长河中一个重要的组成部分,是不断揭露矛盾和克服矛盾、从不完全和不确切的认识逐步走向较完善和较确切认识的过程。它的不少规律和理论是直接从生产实践中总结出来的，也有相当多的发现来自长期的系统的科学实验。因此，生产实践和科学实验是推动光学发展的强大动力，为光学发展提供了丰富的源泉。 从方法论上看，作为物理学的一个重要学科分支，光学研究的发展也完全符合如下的认识规律：在观察和实验的基础上，对物理现象进行分析、抽象和综合，进而提出假说，形成理论，并不断反复经受实践的检验。 光学的发展大致可划分为下列五个时期： 一、萌芽时期 二、几何光学时期 三、波动光学时期 四、量子光学时期 五、现代光学时期 具体发展历史请参阅阅读材料。 第一节 相干光 一、光源 光波列长度，， 1. 普通光源 （1）发光的间隙性； （2）发光的随机性； 2. 激光光源 单色性好。表示光源单色性好坏。 二、光波的描述 1. 光振动 电场强度E的振动称为光振动。， ， 2. 电磁场的能量密度 平均能流密度或称为光强： 比较空间两处的光强，除去介质本身因素外，就是考虑两处光振动矢量的振幅大小。 三、光的相干性 1. 光的独立传播原理、光波叠加原理 （与两同频率、同振动方向的机械波类似合成类似） P点的振动合成： 式中为在P处，t 时刻两列波的相位差。 在 p处的光强取决于：，观察时间为T，则p点的光强为： 干涉项:与两波源的频率、初相位以及空间p的位置有关。它决定着p点的光强。 2. 相干条件 干涉项不为零的叠加，称之为相干叠加，所以相干条件即为相干项不为零的条件。和机械波类似。 讨论：为什么日常很少见到光的干涉现象？ 四 获得相干光的方法 1. 分波前的方法 例如杨氏干涉 2. 分振幅的方法 等倾干涉、等厚干涉 3. 分振动面的方法 偏振光干涉 五、光程 光程差 1. 光程 介质中光波的传播速度：； 在介质中传播的波长，折算成真空中波长的关系： 光在介质中传播的距离折算成真空中的长度，就是光程，而且： 二、光程差 两光程之差叫做光程差。 相位差： 三、成象系统的等光程性 、、 结论：当用透镜或透镜组成的光学仪器观测干涉时，观测仪器不会带来附加的光程差。 四、半波损失 理论和实验证实：当光从折射率大的光密介质，正入射于折射率小的光疏介质时，反射光没有半波损失。 当光从折射率小的光疏介质，入射或掠入射于折射率大的光密介质时，则反射光有半波损失。 没有半波损失 有半波损失 第二节 分波前双光束干涉 一、杨氏双缝干涉 1. 实验装置 2. 实验结果及讨论 ， 又因为：，所以： 其中，，此处波长均指真空中的波长。 当时：。 由几何关系得：，， 而当时，，。 （1）干涉相长和干涉相消条件 当，时，干涉相长。 当，时，干涉相消。 （2）明暗条纹中心位置 （3）相邻明条纹（或暗条纹）的间距 当(k=1 时相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。 杨氏干涉条纹是等间距：。 （4）若用复色光源，则干涉条纹是彩色。 （5）重级 在屏幕上x处发生重级时，满足： 所以当 ，即 发生重级。可见干涉级次越高，重叠越容易发生。 （6）应用 杨氏干涉可用于测量波长。 方法一：， 方法二：。 （7）杨氏干涉是不定域干涉。 二、菲涅耳双面镜实验 1. 实验装置 虚光源S1、S，平行于 ，，屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上。 2. 明条纹中心的位置：， 3. 暗条纹中心的位置：， 结论：它也是分波前双光束干涉，是不定域干涉。 三、洛埃镜实验 当屏幕W移至B处，从 S 和 S’ 到B点的光程差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射时有半波损失存在。 四、菲涅耳双棱镜实验 用几何光学可以证明： 结论：它们也是分波前双光束干涉。是不定域干涉。 例题1（课本114