16-17-18波动光学学习课件.ppt

Contents 光的干涉Optical interference 一、波的基本性质 二、光程和光程差 三、杨氏实验 四、洛埃镜 五、薄膜干涉 一、 波的基本性质The basic nature of the wave 1、波长、波速、频率的关系 2、简谐波的波动方程 3、波的干涉 条件：两个相干波（频率相同，振动方向相同，固定的相位差的波源所发出的简谐波）。 设两个相干波波源的振动方程为： P点离波源O1,O2的距离分别为x1,x2，则两振动在P点的相位差为： 光在不同介质中传播，速度和波长都与在真空中不一样（频率保持不变），定义： 光从Q点经过几种折射率不同的均匀介质到达P点，所需的时间为： 光程的本质就是：将光在介质中所走的路程，折算成光在真空中的路程。 可以用光程差来分析相位差。 三、杨氏实验Youngs Experiment 杨氏实验Youngs Experiment 1、实验描述 2、实验分析 3、实验结论 1、实验描述Experiment description 杨氏实验的前提条件：获得两束相干波源 任何两个独立光源都不是相干光源 同一光源不同部分发出的光波 相干光源获得方法 2、实验分析Experimental Analysis 3、实验结论Experimental results 条纹等宽、等间隔、等强度 两缝间距离d 必须足够小 可计算出单色光的波长?。 用白光作实验，只有中央明条纹是白色的， 其他各级都是由紫到红的彩色条纹。 四、洛埃镜 Lauer Mirror 一个光源直接发出的光和它在平面镜上反射的光构成相干光源，能在屏上产生明暗相间的干涉条纹。 洛埃镜实验的重要意义在于： 它用实验证明了光波从光疏介质（折射率n较小）射向光密介质（折射率n较大），在光密介质上反射时要遭受半波损失。 五、薄膜干涉 film interference 光波照射透明薄膜时，在膜的前后表面都有部分反射，这些反射波来自同一光源，是相干的，相遇时将发生干涉。如太阳光照在肥皂泡和水上油膜产生的彩色花纹。 无论n2、n1谁大，上下表面反射光的光程差为： 互相加强的条件是： 互相削弱的条件是： 如果薄膜折射率介于前后媒质之间 薄膜干涉原理的应用 增透膜 reflection reducing coating 例：照相机的透镜常镀上一层透明薄膜，以减小光的反射。常用的镀膜物质是MgF2，它的折射率n=1.38。为使可见光谱中?=550 nm的光有最小反射，问膜的厚度是多少？ 解：假设光线垂直入射。由于两次反射都有半波损失，因此两反射波相互削弱的条件是：  ? Summary 1、光程和光程差的概念 2、杨氏实验 （1）加强和减弱的条件 （2）条纹间隔和特点 3、洛埃镜：光密介质反射时，半波损失 4、薄膜干涉加强和减弱的条件 复习review 光的衍射optical diffraction 一、概述 二、单缝夫琅禾费衍射 三、圆孔夫琅禾费衍射 四、衍射光栅 一、概述 定义： 光偏离直线传播的现象称为光的衍射(diffraction)现象。衍射系统通常包括：光源、衍射屏、接收屏三部分。 惠更斯-菲涅耳原理Huygens-Fresnel principle 波前S上每个面元dS都可以看成是发出球面子波的新波源，空间任一点P的振动是所有这些子波在该点的相干叠加。 二、单缝夫琅禾费衍射Single slit Fraunhofer diffraction 1、实验描述 2、实验分析 3、实验结论与特点 1、实验描述Experiment description 光源光波经透镜L1变成平行光，经过狭缝AB发生衍射。取各个子波源发出的衍射角为?的一束平行光，经透镜L2后会聚在屏上P处。屏上出现单缝衍射图样。 2、实验分析Experimental Analysis 当?=0时，平行光经透镜会聚于O点，不产生附加光程差，光线在O处同相叠加，屏上出现中央亮带。 当?≠0时，一束平行光中，从AB 发出的光到达会聚点时光程差越来越大。过A作AC垂直于光束，最大光程差为 BC=asin?。 如果BC等于一个波长? ，将AB划分为两个波带AO和BO。在波带AO上任意一点Q，必然在波带OB上找到相应一点P，使其光程差等于半个波长。如图：只要对应点之间的距离为AB/2，对应的光程差就为