大物习题第6章波动光学研讨.doc

第6章 波动光学 1基本要求 1．理解相干光的条件及获得相干光的方法. 2．掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系，了解半波损失，掌握半波损失对薄膜干涉极大值和极小值条件的影响。 3．能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置 4．了解迈克耳孙干涉仪的工作原理 5．了解惠更斯－菲涅耳原理及它对光的衍射现象的定性解释. 6．了解用波带法来分析单缝夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响. 7．了解衍射对光学仪器分辨率的影响. 8．掌握光栅方程，会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响. 9．理解自然光与偏振光的区别. 10．理解布儒斯特定律和马吕斯定律. 11．了解线偏振光的获得方法和检验方法. 6.2基本概念 1．相干光 若两束光的光矢量满足频率相同、振动方向相同以及在相遇点上相位差保持恒定，则这两束光为相干光。能够发出相干光的光源称为相干光源。 2．光程 光程是在光通过介质中某一路程的相等时间内，光在真空中通过的距离。若介质的折射率为n，光在介质中通过的距离为L，则光程为nL。薄透镜不引起附加光程差。光程差与相位差的关系。 3．半波损失 光在两种介质表面反射时相位发生突变的现象。当光从光疏介质（折射率较小的介质）射向光密介质（折射率较大的介质）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光程差，所以称为半波损失。 4．杨氏双缝干涉 杨氏双缝实验是利用波阵面分割法来获得相干光的用单色平行光照射一窄缝S，窄缝相当于一个线光源。S后放有与其平行且对称的两狭缝S1和S2，两缝之间的距离很小。两狭缝处在发出光波的同薄膜干涉薄膜干涉之间的关系为 9．夫琅和费单缝衍射单色平行光垂射到单缝上艾里斑 11．最小分辨角 光学仪器的分辨本领 在光学中,将定义为光学仪器的分辨本领,即 13．自然光 普通光源中各原子发光是独立的，每个波列的振幅、相位和振动方向都是随机的，在垂直于光的传播方向的平面内，在同一时刻沿各个方向振动的光矢量都有。平均说来，光矢量具有均匀的轴对称分布，各方向光矢量振动的振幅相同，这种光称为自然光。 14．线偏振光 光矢量只在一个固定平面内沿一个固定方向振动，这种光就是一种完全偏振光，叫线偏振光。 15．部分偏振光 是介于偏振光与自然光之间的一种光，例如把一束偏振光与一束自然光混合，得到的光就属于部分偏振光。在垂直于光传播方向的平面内，各方向的光振动都有，但它们的振幅不相等。 6.3基本规律 惠更斯—菲涅耳原理 菲涅耳根据波的叠加和干涉原理，提出了“子波相干叠加”的概念，对惠更斯原理作了物理性的补充。菲涅耳认为，从同一波面上各点发出的子波是相干波。在传播到空间某一点时，各子波进行相干叠加的结果，决定了该处的波振幅。 杨氏双缝干涉 当波长为的单色光入射到缝间距为d的双狭缝后，在距狭缝为D的屏幕上会形成两缝透过的相干光叠加后的干涉条纹，以两缝中心垂线与屏幕的交点为坐标原点，则明暗条纹的位置应满足下列条件 相邻两条明纹或暗纹的间距为 薄膜干涉 将一波长为的扩展光源照射到一厚度为d、折射率为、置于折射率为介质的薄膜上，薄膜上下两表面的反射光在相遇点的光程差为 其中为入射光线与薄膜表面法线之间的夹角。由此可得出薄膜干涉的明暗纹条件 公式中是在表面产生的附加光程差极小（暗纹）的） 相邻明（或暗）条纹中心之间的距离（简称条纹间距）相等 在劈尖上方观察干涉图形是一些与棱边平行的、均匀分布、明暗相间的直条纹。 牛顿环的明暗纹条件（光线垂直入射） 牛顿环明（暗）半径分别为 5．单缝夫琅和费衍射 利用半波带法可得单缝夫琅和费衍射明暗纹条件 中央明纹角宽度和线宽度分别为 其余明纹角宽度和线宽度分别为 6． 光栅的夫琅和费衍射 主极大的位置由光栅方程决定 忽略单缝衍射时，光栅衍射条纹为等间距、等亮度、相邻两条明纹间有宽广暗区的明亮尖锐条纹。但由于单缝衍射的存在，衍射光强对光栅条纹光强起调制作用，使明纹的亮度不再相同，并且会出现缺级现象，缺级的条件为同时满足 即当衍射角同时满足光栅衍射极大和单缝衍射暗纹条件时，相应的光栅衍射极大将缺失。缺级条件是： 也就是说，a+b与a的比等于整数比时便有缺级现象。 7．马吕斯定律 （对线偏振光），为通过检偏器后的光强，为入射于检偏器的光强，为光振动方向与偏振化方向的夹角。 8．布儒斯特定律 当自然光从折射率为的各向同性介质向折射率为的各向同性介质入射时，若入射角i0满足 则反射光变成完全偏振光，且其光振动的方向垂直于入射面，这一规律称为布儒斯特定律，这一特定的入射角i0称为布儒斯特角或起偏振角。此时，反射线与折射线相互垂