[理学]光学教程01.ppt

姚启钧原著 华东师大光学教材编写组改编 绪论 一、光学的研究内容和方法 二、光学发展简史 §1.1 光的电磁理论 一、光是某一波段的电磁波 三、光强度 3.光强度 §1.2 波动的独立性、叠加性和相干性 二.干涉是波动的特性 三.相干与不相干叠加 两个简谐振动的合成 i.非相干性叠加 i.相干性叠加 i.相干性叠加 光强随相位差的分布曲线 2.相干和不相干的定义 相干和不相干都是波的叠加，只是不同情况下的波的叠加的具体表现。 §1.3由单色波叠加所形成的干涉图样 一.相位差和光程差 1.相位差 2.光程差 讨论（特殊情形） 二.干涉图样 图样分布 1.相干性 二.典型的干涉实验 § 1.5 干涉条纹的可见度及光波的时空相干性 1.6Feresnel公式 §1.7 薄膜干涉--等倾条纹 (Film Interference —Equal Inclination Fringes) §1.8 薄膜干涉--等厚条纹 (Wedge Film—Equal Thickness Fringes ) 二.薄膜色 §1.9 迈克尔逊干涉仪 (Michelson Interferometer) §1.10 多光束的干涉——法布里珀罗干涉仪 发光面源在透镜的焦平面上：不同的点源对应不同的入射角，则经过薄膜后对应干涉图样中不同的点 讨论：III 单色发光面引起的等倾干涉现象 发光面源直接入射 面 源 更 好 薄膜 反射板 透镜 屏幕 薄膜 反射板 透镜 屏幕 2.透射光干涉 光程差 透射光明、暗纹条件 ----明 ----暗 反射光和透射光互补，反射光干涉加强时，透射光干涉减弱 [例1]在白光下，观察一层折射率为1.30的薄油膜，若观察方向与油膜表面法线成300角时，可看到油膜呈蓝色(波长为480nm), 试求油膜的最小厚度，如果从法向观察，反射光呈什么颜色? 解: 需考虑半波损失。根据明纹条件 j=1时有 j=1时： j=2时： ----绿色光 ----紫外光，不可见 从法向观察，i=0: 膜的最小厚度为 或 ----此时透射光增强 即 nd为某一波长的1/4时，则膜为该波长的增透膜 二.应用 1.增透膜 玻 璃 MgF2 光在膜的上下表面反射时都有半波损失 反射光干涉相消时有 2.高反射膜 在每层膜的上下光表面反射时只有一个面有半波损失 第一层 最小光学厚度为 第二层 最小光学厚度为 即每层膜的光学厚度都为?/4时，可得到该波长的高反射膜 一.劈尖干涉 ----明纹 ----暗纹 一.劈尖干涉 ★设光垂直入射 明 暗 棱边处(e=0)，对应j=0的暗纹 空气劈 ★每级明或暗条纹与一定的膜厚e相对应，干涉图样为平行于棱边的直条纹。 讨论： ----等厚干涉 ★棱边(e=0)处有半波损失时形成暗纹。 ★相邻两明(或暗)纹对应劈尖的厚度差 ★相邻两明(或暗)纹之间的距离 ----等间距 ★? 变大时条纹变密，反之则变疏 入射光是复色光？ 从某一角度观察薄膜 由于各种波长的光各自在薄膜表面形成自己的一套干涉条纹，互相错开，因而在薄膜表面形成彩色的花纹。 从某一角度观察时，其叠加结果将是某些波长的光强最大，某些波长的光强最小，还有某些波长的光强介于最大最小之间，当干涉级不大时条纹是彩色的。 薄膜太薄时，有不同现象发生。 白光下的油膜 尖劈状肥皂膜的干涉图样 [例1]为测定Si上的SiO2厚度d，可用化学方法将SiO2膜的一部分腐蚀成劈尖形。现用λ=589.3nm的光垂直入射,观察到7条明纹, 问d=? (已知Si: n1=3.42，SiO2: n2=1.50). 解：上下面都有半波损失 因棱边处对应于j=0，故d处明纹对应于j=6 SiO2 Si 三.牛顿环( Newton Ring ) 在厚度为d处 明 暗 ★中心处(d=0):对应j=0的暗纹 讨论： ★光程差由厚度 d 决定 ---等厚干涉 ★厚度相同的点是一系列以0为中心的同心圆环，因此干涉条纹是一系列同心圆环 平凸透镜 平板玻璃 内疏外密 又 明环半径 暗环半径 ★对于透射光无额外光程差，与反射光干涉图样互补，可见度较差！ 明 暗 ★干涉环半径 等倾条纹 牛顿环(等厚条纹) 测油膜厚度 平晶间空气隙干涉条纹 试问(1)油滴与玻璃交界处是明条还是暗条?(2)油膜的最大厚度是多少?(3)若油滴逐渐滩开，条纹将如何变化? (油:n2=1.60, 玻璃:n3=1.50） [例2]在平面玻璃板上滴一滴油，用?=576nm的单色光垂直照射，从反射光中看到图示的干涉条纹。 解：因上下表面反射时物理性质相反，所以要考虑半波损失 由暗纹条件 交界处e=0对应于j=0的暗纹 ★中心点为j=4的暗纹 ★最外暗环逐渐