《波动光学》教学教案.doc

波动光学 第一章 光的干涉 §1 光源的发光特性 一.光源 光源的最基本发光单元是分子、原子 1.普通光源：自发辐射 2.激光光源：受激辐射 二.光的相干性 设两列光波相遇， 只讨论电振动(光振 动)，─光矢量， 令， (1 = (2 = (， P点光矢量的合振动： 非相干光源 (普通光源)，P点光强： ─ 非相干叠加 相干光源 (如激光光源)，P点光强随P位置而变： 相长干涉（明）： k = 0，1，2，3… 相消干涉（暗）： k = 0，1，2，3… 三.普通光源获得相干光的典型途径： §2 双缝干涉 干涉问题分析的要点: (1)搞清发生干涉的光束； (2)计算波程差（光程差）； (3)搞清条纹特点（形状、位置、级次分布、条纹移动等）； (4)求出光强公式、画出光强曲线。 双缝干涉： 单色光入射： d λ ，D d (d ( 10 -4m , D ( m) 波程差： 相位差： ·明纹：，k = 0，1，2… ·暗纹：，k = 0，1，2… 。 ·条纹间距： 可用来测 。 ·条纹特点： (1) 一系列平行的明暗相间的条纹； (2) 不太大时条纹等间距； (3) 条纹越向外侧，级次越高； ★条纹级次：某条纹的干涉级次等于该条纹相应的两束相干光的光程差与波长的比值。 明纹: (k ，k =1,2,3… (整数级) 暗纹: ((2k+1)/2，k =1,2,3…(半整数级) (4)。白光入射时，0级明纹中心为白色（可用来定0级位置），其余级明纹构成彩带，第2级开始出现重叠（为什么？） △§3 其他分波面干涉实验(自学) 重点搞清洛埃镜实验，明确以下问题： 1.如何获得的相干光； 2.明、暗纹条件； 3.干涉条纹特点（形状、间距、级次位置分布）； 4.洛埃镜实验说明了什么？ §6 光程 相位差在分析光的叠加时十分重要，为便于计算光通过不同媒质时的相位差，引入“光程”的概念。 一.光程、光程差 ▲光在真空中传播路程长为d时，产生的相位改变为： ─真空中波长 ▲光在媒质中传播路程长为d时，产生的相位改变为： ─媒质中波长 因光通过媒质时频率( 不变，所以 ·从相位看：媒质中距离d包含的波长数与真空中距离nd包含的波长数相同，即二者产生相同的相位差。 ·从时间看：光在媒质中通过距离d的时间与在真空中通过距离nd的时间相同。 即： 光程L：媒质折射率n和光在媒质中传播的距离d的乘积nd 。即： L = nd 光程是光的等效真空路程，在相位改变相同或传播时间相等的条件下，光在媒质中传播的路程d等效于光在真空中传播的路程nd 。 光通过多种媒质时，光程： L=((ni di ) 光程差： 相位差和光程差的关系： [例]如图，在S2P间插入折射率为n、厚度为d的媒质。 求：光由S1、S2到P的相位差(( 。 解:─ 。 二.使用透镜不会产生附加光程差 在光学中常用到透镜。透镜成象, 象点是亮点，说明光线是同相叠加，即物点到象点各光线之间的光程差为零（等光程原理）。使用透镜不会产生附加的光程差。 §7 薄膜干涉 (一) ── 等厚条纹 ▲薄膜干涉是分振幅干涉。 ▲日常中见到的薄膜干涉：肥皂泡、雨天地上的油膜、昆虫翅膀…其上的彩色。 ▲膜为何要薄？─光的相干长度所限。膜的薄、厚是相对的，对于单色性很好的光源（如激光），膜也可很厚。 ▲薄膜干涉有两种条纹最为重要： 等厚条纹:同一条纹反映膜的同一厚度。 等倾条纹:同一条纹反映入射光同一倾角。 普遍地讨论薄膜装置光束交叠区内任意面上的干涉图样是个极为复杂的问题。但实际中意义最大的是厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹和厚度均匀薄膜在无穷远处的等倾条纹。本节介绍不均匀薄膜表面的等厚条纹。 一.劈尖（劈形膜） 劈尖─夹角很小（）的两个平面所构成的薄膜。 1、2两束反射光来自同一束入射光，它们可以产生干涉。 实际应用中,大都是平行光垂直入射到劈尖上。考虑到劈尖 夹角极小，反射光1、2A处，膜厚为e，又 ，所以光束1、2的光程差为： 干涉在膜表面附近形成明、暗相间的条纹。在棱边处e = 0，由于半波损失而形成暗纹。 明纹： 暗纹： 同