大学物理复习纲要〔波动光学)11.doc

光 的 干 涉 基本要求 1) 理解相干光的条件及获得相干光方法的基本原理。 2) 掌握杨氏双缝干涉条纹位置的计算。 3) 理解光程及光程差的概念，并掌握其计算方法。理解什么情况下反射光有半波损失，理解透镜不引起附加光程差的意义。 4) 掌握等厚干涉条纹位置的计算及应用。了解迈克耳孙干涉仪的原理和应用。 内容提要 1、 相干光 光的相干条件：振动方向相同（至少不相互垂直〕、频率相同、相位差恒定的两束光。 利用普通光源获得相干光的方法：把从同一光源发的光分束，具体方法有分波阵面法和分振幅法。 2、光程 光在折射率为的媒质中通过的距离时相应的光程为，表示引起相同的相差，光要在真空中走过的路程。 设为真空中的波长，相应于光程差的相差为： 光从光疏媒质射向光密媒质界面上发生反射时，反射光相位发生的突变，这相当于损失的光程，称为半波损失。 透镜不引起附加的光程差。 3、 相干长度 即一个波列的长度。原子发光的前后两列波并不相干，当一列波分为两个子波列经不同途径后相遇能发生干涉，若不同途径的光波的光程差超过该波列长度，则相遇的将不是“孪生”子波——不相干，所以把波列的长度称为相干长度。 4、干涉相长与相消 两束相干光在相遇点的光程差（包括半波损失〕，是波长的整数倍时，该点为明纹，称干涉相长；是半波长的奇数倍时，该点为暗纹中心，称干涉相消。 5、分波面干涉 同一波阵面上的两点作为次级光源，则其频率、相位、振动方向都相同，是两相干光源，可以产生干涉。 杨氏双缝干涉实验：用分波阵面法产生两个相干光源。干涉条纹为等间距的明暗相间的直条纹。 条纹间距： 其中为缝到屏的距离，而为双缝之间的距离。 洛埃镜试验：条纹间距与杨氏实验相同。但由于反射光受镜面长度的限制及半波损失，所以只在部分区域有干涉条纹，且与相应的杨氏双缝实验比较，明、暗条纹的中心位置交换。 6、分振幅干涉 入射光在薄膜上表面由于反射和折射而分为两束，经上下表面反射的两束光为相干光。 等厚干涉条纹：光线以确定的入射角〔通常是垂直入射〕入射在厚度不均匀的膜上产生的干涉条纹，同一条纹对应的膜的厚度相同。 劈形膜在空气中时，干涉条纹是等间距的直条纹。 明纹： 暗纹： 两相邻的明纹或暗纹对应的厚度差： 。 两相邻的明纹或暗纹的距离，当劈形膜夹角很小时： 牛顿环的干涉条纹是一组内疏外密的同心圆环。 明环半径： 暗环半径： 迈克耳孙干涉仪：利用分振幅法使两个相互垂直的平面镜形成一等效的空气薄膜，产生双光束干涉。干涉条纹移动一条相当于等效空气薄膜厚度改变。 等倾干涉条纹：当薄膜厚度均匀时，以相同的入射角入射的光干涉情况相同。当会聚透镜的主光轴与反射光一致时，在透镜焦平面上观察到干涉条纹是内疏外密同心圆环。 光 的 衍 射 基本要求 １、用半波带法分析夫琅和费单缝衍射条纹的产生及暗纹位置的计算，画出单缝衍射条纹的光强分布曲线。 ２、理解光栅衍射形成明纹的条件，掌握用光栅方程计算谱线的位置的方法。 ３、了解光栅光谱的形成及光栅分辨本领的意义，理解瑞利判据，了解光的衍射对光学仪器分辨率的影响。 ４、理解X射线衍射的原理及布拉格公式的意义,会应用它计算晶体的品格常数或X射线的波长。 内容提要 1、惠更斯－菲涅耳原理 光传播到的每一点都可以作为子波的波源，其后波场中各点处波的强度，由各子波在该点的相干叠加决定。 2、衍射分类 菲涅耳衍射与夫琅和费衍射：设从光源到衍射屏的距离为，从衍射屏到观察屏的距离为，若与都是无限大，则称为夫琅和费衍射，否则称为费涅尔衍射。 单缝夫琅和费衍射：平行单色光垂直衍射屏入射，观察屏与会聚透镜的焦平面重合，则衍射暗条纹中心位置满足： 式中为缝宽，为衍射角，为单色光波长。第级明纹离焦点距离为： 两个一级暗纹所夹空间称为中央明条纹，其中心在焦点处，其宽度是其他各级明纹宽度的2倍，为： 3、光栅衍射 单缝衍射的基础上多光束相干叠加的结果。 a)光栅方程：波长为的单色平行光,以角度入射光栅，焦平面明条纹的衍射角满足： 式中为光栅常数。当时，有： ｂ)光栅衍射谱线的缺级现象：由于单缝衍射的调制作用，满足缝间干涉主极大（即光栅方程），同时又满足单缝衍射极小的地方，即 将不再出现主极大亮条纹，称为缺级。 c)光栅的分辨本领：，式中为光谱的级次，为光栅的总缝数。 ４、光学仪器的分辨本领 当两物点对透镜光心所张的角等于衍射图样的中央亮斑（爱