13第五篇波动光学lhj.ppt

二、光学的分类 几何光学 以光的直线传播和反射、折射定律为基础，研究光学仪器成象规律。 物理光学 以光的波动性和粒子性为基础，研究光现象基本规律。 波动光学——光的波动性：研究光的传输规律及其应用。 量子光学——光的粒子性：研究光与物质相互作用规律及其应用。 自从梅曼于1960年研制出红宝石激光器，激光科学和技术得到迅猛发展，从而形成了现代光学，包括：非线性光学、激光光谱学、信息光学、光纤通讯、集成光学等。 在照相机镜头上有一层折射率为n =1.38的氟化镁膜，要使人眼和照相底片最敏感的黄绿光（550nm）反射最小，求膜的最小厚度。 解：实际问题中光接近于垂直入射到镜头上，由于光在氟化镁膜两界面反射时都有半波损失，则2、3光程差为: 3 2 玻璃 空气 氟化镁 n1 =1 e n=1.38 n2=1.50 1 例题 例题 空气中有一水平肥皂膜，设折射率为n =1.33，厚度为e =3.20×10-7 m，如果用白光垂直照射，该膜的正面呈什么颜色，在背面呈什么颜色？ 解：光在肥皂膜上表面反射时有半波损失， 由反射光加强的条件得: 3 2 空气 空气 肥皂膜 n 1=1 e n=1.33 1 n 1=1 绿色 可见光范围如下：（真空，单位为nm ） 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 由反射光减弱的条件得: 紫色 3 2 空气 空气 肥皂膜 n 1=1 e n=1.33 1 4 5 n 1=1 2.点光源照明时的干涉条纹分析 光束1、2的光程差： 得 膜厚均匀（e不变） 又 明纹 暗纹 L f P 0 r环 n? n? nn? γ A C D · 2 1 S i i i i · · B · e 课下自己分析 （1）形状 条纹的特点： 同心圆环 （2）条纹间隔 内疏外密 （3）条纹级次分布 内高外低 思考：膜变厚，条纹如何变化？ 因此环心有条纹冒出 二、等厚干涉（劈尖干涉、牛顿环 ）(自学) 三、迈克耳孙干涉仪 (自学) 光的衍射现象 惠更斯 - 菲涅耳原理 单缝衍射 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 光栅衍射 §14.1 光的衍射 阴 影 屏幕 屏幕 缝较大时，光是直线传播的 缝很小时，偏离直线传播进入阴影区 光在传播过程中遇到障碍物，当障碍物的线度与波长相比拟时，光就会偏离直线传播进入阴影区，在屏幕上呈现出光强分布不均匀的明暗条纹，这种现象称为光的衍射现象。 一、光的衍射现象 二、衍射现象的分类 夫 琅 禾 费 衍 射 光源、屏与缝相距无限远 缝 实现夫琅禾费 衍射的装置 菲 涅 尔 衍 射 缝 光源、屏与缝相距有限远 三、惠更斯—菲涅耳原理 1.惠更斯原理 自点光源S 发出的波阵面?上每一点都可视为一新的点光源，由它发出次级波（又称子波）。若光波在各向同性均匀介质中以速度v 传播，则经过某一时间? 的新波阵面就是在波阵面? 上作的半径为v ? 的诸次级球面波的包络面? ′ 。 2.惠更斯—菲涅耳原理 从同一波阵面上各点所发出的子波，经传播而在空间某点相遇时，相互叠加，发生干涉。 练习: 根据惠更斯-菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为 S，则 S 的前方某点 P 的光强度决定于波阵面 S 上所在面积元发出的子波各自传到 P 点的 （A）振动振幅之和； （B）光强之和； （C）振动振幅之和的平方； （D）振动的相干叠加。 [ ] D S * 屏幕 §14.2 夫琅和费单缝衍射 一、单缝衍射实验装置 λ λ 2 2 λ 2 λ 2 a sin 二、出现明、暗条纹的条件 1.衍射角：由于衍射光的方向各异，设某衍射光与透镜的主光轴的夹角为? ，则? 称该衍射光的衍射角。 将衍射光按衍射角? 分组研究： ① ? = 0 束 = 0 束光平行于主光轴经透镜会聚于焦点处，由于光程差为0，则在焦点处干涉加强，得零级亮纹。 ② ? ≠0 束 2.菲涅耳半波带法：作若干垂直于?束光、间距为入射光波长一半的平行平面如图所示，这些平行平面把缝处的波阵面AB 分成面积相等的若干个带，称为菲涅耳半波带。 两相邻波带上任何两个对应点发出的光在P 点的光程差总是?/2 ，相位差总是?，它们相互干涉抵消 。 3. 出现明、暗条纹的条件 设缝宽AB为a，透镜焦距为f。则： δ=AC = asin? 设AC 可分为n等份，则AB 被分成 n个半波带。 ① 若AB为偶数个半波带(n=2k),即 δ=asin? = ? k ? (k =1,2, … ) 则干涉抵消，为暗条纹 。 ② 若AB为奇数个半波带, 即： δ=a