[第15章波动光学.ppt

S M1? 2 2? 1 1? 半透半反膜 光束 2′和 1′发生干涉 ? 若M1? 、M2平行 ? 等倾条纹 ? 若M1? 、M2有小夹角 ? 等厚条纹 若条纹为等厚条纹，M2平移?d时，干涉条移过N条，则有： M2 M1 G1 G2 应用：微小位移测量；测折射率 因创造精密光学仪器，用以进行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速，1907年获诺贝尔物理奖。 一、光的衍射现象 §15.6 光的衍射 缝较大时，光沿直线传播 缝很小时，衍射现象明显 阴 影 屏幕 屏幕 二、惠更斯-菲涅耳原理 1、惠更斯原理 2、惠更斯-菲涅耳原理 从同一波面上各点发出的子波，在传播到空间的某一点时，各个子波也可以互相叠加而产生干涉现象。 子波干涉 θ r P dS 若取时刻 t = 0 波阵面上各点发出的子波初相为零，则面元dS 在 P 点引起的光振动为： C — 比例常数，k(?) — 倾斜因子 解释了波为什么不向后传的问题，这是惠更斯原理所无法解释的。 P点的光振动： 三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 1、菲涅耳衍射（近场衍射) P S 依光源、障碍物和观察屏三者位置关系 2、夫琅禾费衍射（远场衍射） 来自无穷远 射向无穷远 S P L1 L2 一、单缝衍射 2、衍射条纹特点分析 S L L P a §15.7 夫琅禾费衍射 1、实验装置 A B C B A P a L f Q O 1 2 1）菲涅耳半波带 暗纹中心（偶数个半波带） 明纹中心（奇数个半波带） 2）衍射明暗纹条件分析 中央明区（零级明纹） 思考： a、AC不等于半波长的整数倍时？ b、明纹级次越高，光强越弱，怎么解释？ 3）明纹宽度 中央明纹宽度 相邻两暗纹之间的距离 B A P O Q a L f x 其它明纹宽度 B A P O Q a L f x a . 缝愈窄、波长愈长，衍射愈显著；当 a ? 时，各级条纹都密集于中央明 纹附近，只观察到一条亮纹，即单缝 的象； 4）影响条纹分布的因素 c . 单缝上下平移，不影响条纹分布。 b . 白光入射时，除中央明纹为白色外，其它明纹均为彩色条纹； 二、圆孔衍射 当单色平行光垂直照射到小圆孔上，在屏上产生明暗交替的圆环，中央为很亮的圆亮斑，叫做“爱里斑”。 d 2R 直径为2R，对透镜光心的张角为 三、光学仪器的分辨率 S d L f 2R P 几何光学考虑 波动光学考虑 S1 S2 S1 S2 S1 S2 能分辨 恰能分辨 不能分辨 衍射现象限制了光学仪器的分辨率 设有两个点光源经透镜后形成了两个重叠的爱里斑，当一象点的第一暗纹恰与另一象点的中央亮纹最亮处重合时，两物点恰能被光学仪器所分辨。 1、瑞利判据 s 1 s 2 ?? ?? d * * 4、提高光学仪器分辨率的途径 3、光学仪器分辨率 2）采用短波长的光入射。 角分辨率的倒数（即单位角度内能 分辨的点数） 1）增大透镜孔径； 2、角分辨率 例、在正常照度下，人眼瞳孔的直径为3mm， 人眼对绿光最敏感，其波长为550nm，人眼 中玻璃液的折射率为n = 1.336。 求：1）人眼的最小分辨角； 2）在黑板上画两条平行线相距为 2mm ，坐在教室距黑板多远处的同学能看清它。 解：已知 设学生距黑板的距离为 在玻璃液中 一、光栅 一种重要的光学器件。由不同光学性质的各部分在空间周期性排列而组成。 二、光栅衍射条纹的形成 透射光栅：大量等间距的平行狭缝组成的光学元件。 b a §15.8 衍射光栅 S L P d L 1、实验装置 光栅常数：a + b = d 一般在 数量级 I 0 sin? 定性分析： 2、光栅衍射图样分析 单缝衍射和多缝干涉的总效果 单缝衍射 多缝干涉 定量分析： O Q 明纹条件： 1）主极大明纹 a+b （从干涉、衍射本质出发） A）多缝干涉的影响 — 光栅方程 A1 A2 A3 A4 A O 2）暗纹 在相邻主极大之间 k 取 N-1 个值，即有 N-1 个暗条纹，还有 N-2 个强度很小的次极大，形成一片暗区。 = 0 — 干涉极大、衍射极小的位置 2）缺级 B）单缝衍射的影响 1）主极大光强受单缝衍射光强分布的调制 明纹不出现，发生缺级。 * * 波动光学 蝉翅在阳光下 蜻蜓翅膀在阳光下 白光下的油膜 肥皂泡玩过吗? §15.1 光源 单色光 相干光 一、光源 普通光源的发光是处于激发态的原子（或分子）的自发辐射形成的，发光时间持续很短。 光源的最基本发光单元是分子、原子 可见光是频率