波动光学习题.ppt

波动光学习题课,一、基本要求,1理解获得相干光的基本方法，掌握光程的概念；,2会分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置和条件；,3了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。,4了解惠更斯菲涅耳原理,5掌握单缝夫琅禾费衍射的条纹分布，以及缝宽，波长等对衍射条纹的影响,6理解光栅衍射方程，会分析光栅常数，光栅缝数N等对条纹的影响,7理解线偏振光获得和检验的方法，马吕斯定律和了解双折射现象,2光程,（1）光在折射率n的介质中，通过的几何路程L所引起的相位变化，相当于光在真空中通过nL的路程所引起的相位变化。,1获得相干光的基本方法（分波前法,分振幅法,分振动面法）,二、基本内容,3杨氏双缝干涉（波阵面分割法）,光程差,得：明纹条件,暗纹条件,条纹间距,4薄膜干涉（振幅分割法）,入射光在薄膜上表面由于反射和折射而分振幅，在上、下表面的反射光干涉,（1）劈尖干涉,（减弱暗纹）,相邻两明（暗）条纹处劈尖厚度差,(若 则),（2）牛顿环干涉,干涉条纹是以接触点为中心的同心圆环,其中R为透镜的曲率半径,暗环半径,其明环半径,5迈克耳孙干涉仪,利用振幅分割法使两个相互垂直的平面镜形成一等效的空气薄膜，产生干涉。,视场中干涉条纹移动的数目与相应的空气薄膜厚度改变（平面镜平移的距离）的关系,1单缝夫琅禾费衍射,（1）半波带法的基本原理,（2）明暗条纹的条件,（3）条纹宽度,中央明条宽度：角宽度,线宽度,明条纹宽度,2衍射光栅,（1）光栅衍射是单缝衍射和各缝干涉的总效果,（2）光栅方程,（3）缺级条件，当,同时成立时，衍射光第 缺级且,4线偏振的获得和检验,（1）布儒斯特定律,自然光通过偏振片后，强度为,（2）马吕斯定律,三、讨论,1单色光垂直入射劈尖，讨论A、B处的情况,2杨氏双缝干涉中，有下列变动，干涉条纹如何变化,（1）把整个装置浸入水中此时波长为，则条纹变密,（2）在缝S2处慢慢插入一块楔形玻璃片,图示由于S2到O点的光程逐渐增加，因此S1到屏和S2到屏两束光线相遇处的光程差为零的位置向下移动。即整个干涉条纹向下移动。,（3）把缝隙S2遮住,并在两缝垂直平面上放一平面反射镜,此时两束光的干涉如图所示，由于S1光线在平面镜反射且有半波损失，因此干涉条纹仅在O点上方，且明暗条纹位置与原来相反。,（4）两缝宽度稍有不等,干涉条纹位置不变，但干涉减弱不为零（暗），整个条纹对比度下降，不够清晰。,由于两束光频率不同，不相干，无干涉条纹。,（5）分别用红、蓝滤色片各遮住S1和S2,（6）将光源沿平行S1S2连线方向作微小移动,图示S向下移动，此时，于是中央明纹的位置向上移动（为什么？）,图示牛顿环装置中，平板玻璃由两部分组成的()，透镜玻璃的折射率，玻璃与透镜之间的间隙充满 的介质，试讨论形成牛顿环的图样如何？,讨论：,分别写出左右两侧的反射光的光程差表示式（对应同一厚度）,与,可见，对应同一厚度处，左右两侧的光程差相差半波长，即左边厚度d处为暗纹时，右边对应厚度d 处却为明纹，反之亦然，因此可观察到的牛顿环的图样是：,左右两侧明暗相反的半圆环条纹（图示）,讨论光线的反射和折射(起偏角),解（1）设在A处，两束反射光的光程差为,若计算透射光，图示,四、计算,由图示几何关系知（设A处环半径r）,代入式（1）得,为正整数，且,（2）形成的暗纹条件,解：在油膜上、下两表面反射光均有相位跃变，所以，两反射光无附加光程差,2折射率为n=1.20的油滴在平面玻璃（折射率为n=1.50)上形成球形油膜，以=600nm光垂直入射，观察油膜反射光的干涉条纹，求若油膜中心最高点与玻璃平面相距1200nm，能观察到几条明纹？,因此明纹条件满足,讨论：当油膜扩大时，条纹间距将发生什么变化？,变大！,又因为,解（1）由单缝衍射明纹条件得,处波长为,在可见光范围内，满足上式的光波：,可允许在屏上x=1.5mm处的明纹为波长600nm的第二级衍射和波长为420nm的第三级衍射,（2）此时单缝可分成的波带数分别是,解：画出装置示意图和矢量图,4一厚度为0.04mm的波晶片，其光轴平行于表面，将其插入两主截面相互垂直的偏振片之间，使光轴与第一个偏振片成角，试求哪些波长的可见光不能通过这一装置。,自然光通过N1后为线偏振光，光振幅为A（方向平行于主截面），垂直入射到晶片后分为两束光（o,e）振幅分别为,这两束光经 N2后，透出的光振动，振幅分别为,且两束光的相位差为,若 干涉相消，,当k=10,16,17共8个值，对应波长为688nm，625nm,573nm,529nm,491nm,459nm,430nm,405nm这些光因干涉相消而不能通过该装置。,