大学物理第十七章波动光学A.ppt

第十七章 波动光学基础,17-1 光源 光的相干性,一,光是一种电磁波,平面电磁波方程,光矢量(E矢量)：对人的眼视觉或感光仪器起主要作用。,真空中的光速,普通光源发光特点：原子发光是断续的,每次发光形成一个短短的波列,各原子各次发光相互独立，各波列互不相干。,二、光源发光,可见光波长范围,可见光颜色对照,三、光的相干性,1.光与机械波相干性比较。,2.光的干涉和波的干涉原理及计算都相同。,四.获得相干光的基本方法,五.光程 相位差和光程差,光在真空中的速度,光在介质中的速度,介质中的波长,1.同一介质中相位差和波程差的关系,波程差,相位差,干涉现象决定于两束相干光的位相差,如光在同一介质中传播则决定于两束光的波程差。,分成的两个点光源S1，S2发出的光波在P点相遇,讨论:,2.不同介质中相位差和波程差的关系,光程差,光在真空条件下的波长,光在不同介质中传播则决定于两束光的光程差。,定义：,光程差,真空中波长,结论两束相干光通过不同的介质时，位相差不能单纯由几何路程差决定,而是由光程差决定。,设法将光在介质中传播的距离折合成光在真空中的距离，,A,B,3.透镜不引起附加的光程差,常见情况：,(1)真空中加入厚 d 的介质、产生附加光程差,(2)光由光疏介质(n较小)射到光密介质(n较大)界面上反射时附加,六.相长干涉和相消干涉的条件,(与波的干涉公式一致),实 验 装 置,波程差,17-2 由分波前法产生的光的干涉,1.杨氏双缝实验,条纹特点,1.明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧。,2.相邻明条纹和相邻暗条纹等间距，与干涉级k无关。,条纹中心间距,条纹中心间距变化,3.若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。,(1)一定时，若 变化,则 将怎样变化？,(2)一定时,条纹间距 与 的关系如何？,例1 在杨氏双缝干涉实验中，用波长=589.3 nm的纳灯作光源，屏幕距双缝的距离D=800 mm，问：(1)当双缝间距mm时，两相邻明条纹中心间距是多少？(2)假设双缝间距10 mm，两相邻明条纹中心间距又是多少？,解:,(1)d=1 mm时,(2)d=10 mm时,例2 以单色光照射到相距为0.2 mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1 m.(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5 mm，求单色光的波长；(2)若入射光的波长为600 nm,中央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？,解(1),(2),例3：在双缝干涉实验中，用折射率 的玻璃膜蕧盖在一条缝上，这时屏上的第七条明纹移到原来的中央明纹的位置上，若入射光波长为，求玻璃膜的厚度。,解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差,由第七条明纹出现在原来的中央明条纹处可知：,由前式可知：,光程差与干涉条纹位置的关系,两边取变化量,加入介质后光程差：,代入上式就可求出t,2.洛埃镜介绍:,P,M,半波损失：光由光疏介质掠入射于光密介质时,反射光位相突变（多走）,D,17-3 由分振幅法产生的干涉-薄膜干涉,1.平行平面膜干涉,P,L,作辅助线CD,上表面光线从光疏介质到光密介质,光程差,讨论：,由公式可以推出等厚、等倾干涉两种情况，还可以推出垂直入射的情况。,附加的光程差 根据具体情况而定。,上式仅适用于 的情况,(1)薄膜厚度均匀(e一定)随入射角 i 变化,同一入射角i 对应同一干涉条纹,干涉条纹为一组同心圆环,等倾干涉,薄膜同一厚度处对应同一干涉条纹,薄膜不同厚度处对应不同干涉条纹,等厚干涉,(2)入射角i一定(平行光入射)，随薄膜厚度e 变化,(3)关于透射光的光程差,透射光4,5的光程差,上式仅适用于：,同等情况下，在反射光的光程差和透射光的光程差相差。见p576,(4)当光线垂直入射时光的干涉,当 时,当 时,(5)应用,增透膜 利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。,增反膜 利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。,取,氟化镁为增透膜,减弱,解,解(1),绿色,(2)透射光的光程差,红光,紫光,2.等厚干涉,(1)劈尖干涉,光程差,楞边处 d=0,条纹特点:,平行于棱边，明、暗相间条纹。,(1)相邻两明纹（或暗纹）间的厚度差,(2)相邻明(暗)条纹间距,(3)劈尖干涉的应用,-测膜厚,己知sio2的折射率n=1.46，并介于空气与硅的折射率之间，用 的绿光垂直照射劈尖膜时，劈尖斜坡顶点处恰好是第七条暗纹，求sio2膜的厚度,解：由于，绿光在sio2膜上、下表面反射时均有半波损失，光程差满足暗纹条件：,第七条暗纹对应k=6,膜的厚度,例1:波长为680 nm的平行光照射到L=12 cm长的两块玻璃片上，两玻璃片的一边相互接触，另一边被厚度=0.048 mm的纸片隔开.试问在这12 cm长度内会呈现多少条暗条纹？,解,共有142条暗纹,共有141条明纹,讨论：,以明条纹条件为例,两边取无穷小量,当,条纹级数改变一级某处厚度改变。条纹左移一级厚度增加,条纹右移一级厚度减少,劈尖干涉条纹的移动,检验光学元件表面的平整度,判断待测平板上表面缺陷是凸形的,(2)牛顿环,明纹,暗纹,R,光程差,明环半径,暗环半径,条纹内疏外密,解：根据明环半径公式：,测量透镜的曲率半径,观察暗环半径,半波损失需具体问题具体分析.,17.3.5(P620)提示：,存在如下关系式,存在如下关系式,17-4 迈克耳孙干涉仪,单色光源,反射镜,反射镜,分光板,反射镜,反射镜,单色光源,光程差,当 不垂直于 时，可形成劈尖型等厚干涉条纹.,反射镜,反射镜,单色光源,迈克耳孙干涉仪的主要特性,和 之间距离有微小变化就会引起条纹明显移动,移动反射镜,将移动一个条纹,干涉条纹的移动,当 与 之间距离变大时，圆形干涉条纹从中心一个个长出,并向外扩张,干涉条纹变密；距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀。,插入介质片光程差,光程差变化,光程差,介质片厚度,例:在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入 长的玻璃管，其中一个抽成真空，另一个则储有压强为 的空气,用以测量空气的折射率.设所用光波波长为546 nm，实验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气，直至压强达到 为止.在此过程中，观察到107.2条干涉条纹的移动，试求空气的折射率.,解,已知,应用举例,作业：第三小组,