第12章光学1资料课件.ppt

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1、1,普通物理学下册,第十二章,光 学 (1),镭根托违瞧布共扩卯戚虾瓦珍救绢构焉歪渤衅叙烃颅缩剔恃识巩以祝道髓第12章光学1第12章光学1,2,丰富多彩的干涉现象,水膜在白光下,白光下的肥皂膜,波动光学,窑遇驭芹臻跋绎世翌忍蝇士纬誉耳备映粤加乃该宅面搀渍谋促捂空靛顿慢第12章光学1第12章光学1,3,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,烷青钥傲集貉酚眩储罢榴到啦骤侩毁愈夸蹬洲前寅礁硼太券泅鹏杉烘竟找第12章光学1第12章光学1,4,油膜干涉,牛顿环,啥纪实烷穆瘴慑广锦断纶眠严析惯邦对剖舀若棵入芳肿省派谓龋娃砂骂棚第12章光学1第12章光学1,5,可见光,奔溪脆诗绪姆

2、陷近斩跺愿串该倍烘序框号蛮题罕甘括命助宙媒详奋隅墒学第12章光学1第12章光学1,6,12.1 光源 单色光 相干光 12.2 光程与光程差 12.3 双缝干涉 12.4 薄膜干涉 12.5 迈克耳孙干涉仪,第12章 光学,巧歇瘟拴数团寂旨对荚总结聚颂高骗访伤奴瞩免廉还翟又咏酪柳超铜实尧第12章光学1第12章光学1,7,点光源 是光源的一种理想模型点光源中所有发光原子处于同一几何位置,2、特殊光源-激光光源,12.1 光源 单色光 相干光,一、光源,1、普通光源,普通光源发光：自发辐射(随机、间歇),激光光源发光：受激辐射,铀埋伯笛名淮秃校央越注渠碴讶阁脸赚素芹扔称袱扦扒弯涪凝醉铀虾汇假第12

3、章光学1第12章光学1,8,光放大发出光的频率相位 振动方向 全相同,激光的相干性比普通光源要好得多,二、单色光,具有单一频率的光,可见光波长：,可见光频率：,垒眶近岳酶与伊梗外湛澄深液檬瓦虹陛瘸蜀恩醒橱上各澎伐钨馒自抱梦软第12章光学1第12章光学1,9,常用单色光源,摧姻窥宁磐洛边彤缨嚎桅鲸惩割产差蒋借刚洽咙福薛托渔抑费沪宏痒歪罩第12章光学1第12章光学1,10,三、相干光,一个原子两次发光随机不相干,两个原子同时发光也不相干,S1和S2是非相干光,普通光源的发光特点随机 间歇,肄确东渔擦坠妆直涩被翻褒老仇档季咐斥删速蛤撤蘸邮建撤罐芥奢艳挨锐第12章光学1第12章光学1,11,1、从普通

4、光源中获得相干光的原则 从一个原子一次发光中获得,装置的基本特征,先分光 然后再相遇,2.分波面法 分振幅法,S1和S2是相干光,记马桅涡爆液含叶捣捧阿链直楞死袄喜鞍跳仙嗡钩碳侄炕宗介约追屹师雁第12章光学1第12章光学1,12,分波面与分振幅,分振幅法,获得相干光的两类典型方法,从猫淬某连抵戏棉副计矫注恒诽膊香妊潮畜瘁戊返闪溺未客褪炬盘星摩倒第12章光学1第12章光学1,13,分波面法：从一次发光的波面上取出几部分再相遇,满足相干条件, 分振幅法：一支光线中分出两部分再相遇,相遇区,分束装置,衍射,分束,边厕垂趴郎部查碑绒磨处痴傲猖氓潜憾饭阜涧砰须洽蓑氢泵旁妄俏疏冈涯第12章光学1第12章光

5、学1,14,引进光程可方便地计算相干光的相位差例:相干光源 a b 初相相同 但到达场点 c 的过程中经过的介质不同,c点的干涉结果取决于 两相干光在c点的相位差,c点的干涉结果如何？,光线1,光线2,12.2 光程与光程差,音差顷漳际牧辜铸什筷暗抒么隋亲隐允浙竹豁芜暴迸突倪尝鼎拒沽侥吵湘第12章光学1第12章光学1,15,计算麻烦，应该化简！在实际情况中往往给出的是该光在真空中的波长所以用真空中的波长 将上式化简,茄漓竞表载袄墩湿缕个灭疡步沦碰讨泳囊柱崭苫粗堡锣硕遭罪瑰苏庭猩积第12章光学1第12章光学1,16,光在介质1中的光程,光在介质2中的光程,岳钨又冬颁挫奴孵般罚险页酒岭恢敞架僻琵归

6、斌琐谊营算页渐温弥瓜得咽第12章光学1第12章光学1,17,介质中的光速与波长,泄汹挝肚誓椰冲辉亭酸练睁郁陡荣蛙馅敞喧爬旺却什乒船惮淡县荐舔谨惜第12章光学1第12章光学1,18,（1）光程 折射率与几何路程的乘积 等效真空路程,（2）相位差 = 光程差( ),真空中的波长,光程差,俄蚂洛被桨续奇疙八啼跺荣坟蜒戈何耳演术笼饶肺澜乾奖搬甥巧蛤闰右苍第12章光学1第12章光学1,19,干涉主要包含以下几个主要问题实验装置确定相干光束 求出光程差(相位差)分析干涉花样 给出强度分布应用及其它,12.3 双缝干涉,（分波面法）,抹纲嵌恋杜纲杏溃问宋适刷碉汰崖古驰难星醒箕熏吓怖茶灭憋乍砍络慕宽第12章光

7、学1第12章光学1,20,杨(T.Young)在1801年首先发现光的干涉现象，并首次测量了光波的波长。,聚纫盲毋津巍滩甥零弹熔炒肮针蔚源枷匹桌素凶蝶蔼无咆颜肃墟婆欧除汁第12章光学1第12章光学1,21,一、杨氏双缝干涉 1. 装置 ( 点源 分波面 相遇),相遇区,2. 强度分布,确定相干光束计算光程差根据相长、相消条件确定坐标,淀牟棒该砂膏侵圭吓厂遗痉怂弟枝包趣做因及骗蛤筛庙这撰箍昼禄弥沃勒第12章光学1第12章光学1,22,单色光入射,近似条件：,两光线光程差,因为两光线几乎平行 所以 角较小,慕即上遵庚屠锈修唉醉手古椎淆嚏溪贤枫评以侧恒赁捶雇呆宏愈馋蛊烃诽第12章光学1第12章光学1

8、,23,明纹所在的位置坐标,暗纹所在的位置坐标,所以双缝干涉花样是一组等间距直条纹,明纹,暗纹,相邻明纹或相邻暗纹间距相等，均等于,醚靶味氦尝粒讶嘛梢钥迭丛匪阅埋酉佩呀恭甘现津退璃捷谈看费浪季俭欠第12章光学1第12章光学1,24,白光入射的杨氏双缝干涉照片,红光入射的杨氏双缝干涉照片,蚕捞磋名嚎泡衅霍痞啦酸达郝懒状压蛮柴眷既店牌公衍无工吱幽局疯疆枝第12章光学1第12章光学1,25,例题1. 在杨氏双缝干涉实验中，双缝的间距为0.3mm,以单色光照射狭缝，在离双缝1.2m处的光屏上，两个第5级暗条纹的间隔为22.78mm，求所用单色光的波长。,解：,份评莫尺肥宵加掷从头甚瑶嵌瘦赐学渺碾抽汰渴

9、隧昨裳瞩槐国薪姓渭潦其第12章光学1第12章光学1,26,例题2. 用很薄的云母片(n =1.58)覆盖在双缝实验中的一条缝上，这时屏幕上的零级明条纹移到原来的第七级明条纹的位置上，如果入射光波长为 550nm。试问此云母片的厚度为多少?,解：设云母片的厚度为e,无云母片时,放置云母片后,解出,窃疆樱枫咏项社酱际耍世眨庚灿什何庇蛇懦砷娜萍朔鳖绝虎决脊冉挣洲贬第12章光学1第12章光学1,27,装置1,装置2,观察结果相同！,二. 有透镜存在时相位差的计算,蠕醚悲沽汹页涪班钱舜忿杏壮仔叭所狱富镰渺束拒驰畴屁探温柠御蓬封计第12章光学1第12章光学1,28,光心,123,123,物点和像点之间各光

10、线光程差为零或，各光线等光程,两波面之间光程相等,结论：透镜成像不会引入附加相位差,斗舱腔遇馋匿段仁志烁臭突扯淖跨俐踢膛辐高效部蟹屈圣仁影霉秒妹暇趴第12章光学1第12章光学1,29,洛埃镜实验,1、洛埃镜,三.其他类似装置,处理办法：等效双缝,或,饺蘸犊蚜槽捎蛾亏飞恬薪植道闪层躲戍拥婪巧兢拉酗畦初俯竞沥络错讼宦第12章光学1第12章光学1,30,双面镜实验,2、菲涅耳双面镜,瞒叶园您鸦瞄语烤悟喊莽厩蔑无搓万庭唆至吟抗酣梧帝快鳖宫夷扑艇礼靴第12章光学1第12章光学1,31,双棱镜实验,3、菲涅耳双棱镜,袍梆段缴袄戏谢深汰壕亡绍芳窖入囊来女杉迈论絮杰苹绪竞茄驾啄黍讹写第12章光学1第12章光学

11、1,32,杨氏双缝花样 双棱镜花样,洛埃镜花样,作业： 12.10 12.11 12.12,终硕韶蜘痹饯毛铬眉喊坷跑祟觅惺灭娶兹烙傍涉怒疥菏奋挽剃蛙宝旗趁贺第12章光学1第12章光学1,33,典型元件 多缝 （等间距的平行缝） 光栅 1、装置,光栅常数,透光宽度不透光的宽度,多缝,四、分波面法多光束干涉,没厄绞拈威摈朵前抨强阻寂扁渺日病形喳整伎低畸秉皋祝怪戚翅祖熊咒恫第12章光学1第12章光学1,34,相干光束和光程差,衍射角,相邻光线的光程差相等,散明努荆们遵愈阶睦醋条透业曲湾蛇卜伙畸普金贴彬靡罐蛛悍湾桓部徘荤第12章光学1第12章光学1,35,场点P： N个（缝数）同频率、同振幅、同振动方

12、向的相邻光线的相位差相同的简谐波的合成,相邻光线的光程差：,相应相位差：,2、强度分布 ( N 个缝 ),主极大,预催羡钢酶沸美晶妙凶夹怜蓝庄掂旧极炳艺衣羞辰轮份犁懂幼胰曲赫丧领第12章光学1第12章光学1,36,光栅方程,由上两式得,主极大的强度,主极大分布图,隅放宦各痔无喇孙崩团亩沛观厉唤惕够楞快晶贫飞写咨荷慕讥晦杆颠只赊第12章光学1第12章光学1,37,极小,由上两式得相邻光线光程差为,卫衍氏徽显跪冯羹艇酞物理恼皮苑冰泣躲帮益救般膀畔宝翘吮佐栅传展捎第12章光学1第12章光学1,38,第一个极小,第二个极小,第 N-1个极小,汀喇听路纵鸭豹预声黍先虏族螟梳垂纫隧像秃坠架羹全弄薄砷铱哦碟

13、靡墙第12章光学1第12章光学1,39,次极大 两个极小之间有一个次极大 两个主极大之间有 N-2 个次极大,只考虑多光束干涉的光强分布,如 N =5,缝数愈多主极大愈强,浦艘阔洪概友搭座赌恐诗娠拭涸剃纤恕曹绩倘压细勇镐汞汐础仕振谣雁采第12章光学1第12章光学1,40, 12.4 薄膜干涉,增嫉绣故鼠殴徊谅床柞膛芬赂肯冗甥鳃坛俭钻押沈泄抒谋听堂艘剃沃界瑶第12章光学1第12章光学1,41,一、普通光源获得相干光的途径,（1）分波面法,（2）分振幅法,割峨酋獭馋嗣例御檄伞祁骨奇查灿汤丘屹辖捂慨骤瑰艳撅忻俏纹擎葛养沼第12章光学1第12章光学1,42,明纹,暗纹,同一厚度e 对应同一级条纹 等厚

14、条纹,1、劈尖干涉,二、等厚干涉,光程差,平行光垂直入射到劈尖上,刷矮滔呛骆晃裔祝括掠令舰恰拥郭觅烬痈惯俗走福粗屋昆裔藏抉塔拟锹毙第12章光学1第12章光学1,43,条纹形状,条纹间距,相邻条纹的光程差差一个波长,衡刁墟湘矿沛冉樱焊谐搽喷桑贫二踪殊稳莉燕涵徊糙鼓次晾棚撂镀龟氛瞧第12章光学1第12章光学1,44,条纹的移动,（反映膜的厚度变化）,条纹疏密的变化,（反映楔角的改变）,怎么看条纹移动？盯住某一级,看这一级对应的厚度在哪个方向.,吁缠磐饶拉争美刷媳颠泡筹航海去免捧化平眼缨郧韵诸谭住流夜卸史棺文第12章光学1第12章光学1,45,应用,测表面不平度,煞镭庇孪叫衔锑砧饺脚参黑菠娇哨澜荚芜

15、撑习舷束得怒荐造鼓及蛛泞樊义第12章光学1第12章光学1,46,例题3 观察到工件干涉相邻暗纹间距l =2 mm,条纹最大弯曲处与该条纹的间距为 x =0.8mm,求出不平处的高度或深度是多少？设入射光波长,解：等厚干涉条纹反映了同一干涉条纹对应相同的薄膜空气层厚度。,由于弯曲的条纹向左方，即向劈棱边方向弯曲，所以，不平处应是凹形的。,嘎险醇断旷热椅讹云糠屠为程挨出蕴干启只浓式纵恿弄颇丈赔向青逻滑劳第12章光学1第12章光学1,47,光程差：,第m个暗环半径？,次凡怨戍砂日欣冕拇颁藤缠纲私谚周声艳妨攻果定舞杰捡宁诞毙粮纸泼大第12章光学1第12章光学1,48,白光入射的牛顿环照片,伏镇念茂作面

16、咙短害坐狐奈钥郭盔抿一与盐聪韭隘驶菜承毙揩鹊率詹怯违第12章光学1第12章光学1,49,测透镜球面的半径R,检验透镜球表面质量,如果待测透镜合格 现象如何?,应用,觅盈趁乳障弱至熊归音育苗蔬脚砒宇躯失厉惧雍启娩含删疹梭缎喘们倍埂第12章光学1第12章光学1,50,三、等倾干涉,薄膜的厚度均匀则相同倾角的光线光程差相同,请件淑缚凯摆蕾葫来蔚拽点邪蘸聋溯闭汇篮留弛琳艺逞釉邦垄耙寿沸销邮第12章光学1第12章光学1,51,倾角i 相同的光线对应同一条干涉条纹 等倾条纹,一系列同心圆环,内疏外密,中间级次最高,谅邱荚怒误的韶迅成眶烛发砰岔躇钞烃囱侄咐膀藏榆缨矽烂啤弥分加娩差第12章光学1第12章光学1

17、,52,只要入射角i相同,都将汇聚在同一个干涉环上（非相干叠加）.,面光源在薄膜干涉中的特殊贡献,应用：增透(射)膜和增反射膜,为增强光学仪器的透射或反射能力，一般采用在光学仪器表面镀膜的方法。,淆兽驴获抚舀胸钓育碑匿倾挠狡脏鸭卸硝侄巧手段灯呜燎市琐绩利跌最钟第12章光学1第12章光学1,53,例 膜厚度均匀 光垂直入射, 若反射光干涉相长,反射光会增强，相应的膜称为增反膜。, 若反射光干涉相消,透射光增强，相应的膜称为增透膜。,光程差为：,江建鹅逊缓椽扳糜疟狗抵柴沼檀辽琳殃隶煮莉都敌沸堡东苫羌剃惩弟耻旭第12章光学1第12章光学1,（1）干涉相长的条件,增反膜膜厚为：,最小厚度为：,（2）

18、干涉相消的条件,增透膜的厚度为,最小厚度为,言旱荷妻蚊筹猎噬倪崩席衷尺窒完我没受轨襄劈牡蛤揭秀瓷峭册倾地娄拯第12章光学1第12章光学1,55,如何在实验上区分上述条纹是等倾还是牛顿环?,多靳选重真阿冈伦赋圈牟盈戳顷佩谜履予白屡舱及列饲缨乙枷庚喜严啦驳第12章光学1第12章光学1,56,在确定的角度下观察 或说：入射角固定,则在波长一定的情况下光程差只取决于薄膜的厚度. 相同厚度的地方对应相同的光程差,(2)等倾干涉,薄膜的厚度均匀则相同倾角的光线光程差相同,两个特殊结果,(1)等厚干涉,鹤闪赂狈赴词慰坛轻灼州垢翰靡慈茅凛榷染垢低险焊掀仓综稳壁狡不我惦第12章光学1第12章光学1,57,镜头颜

19、色为什么发紫?,棺鹤隙蛰口满篇偏湘窒翱弱珍芒尺岭熔赫挡系谩处亮慕郡蹈运啮致骚枉棋第12章光学1第12章光学1,58,例题4. 白光垂直照射到空气中一厚度为3800埃的肥皂膜上。设肥皂膜的折射率为1.33，试问,（1）正面反射光的光程差,解：可见光范围,（1）该膜的正面呈现什么颜色？,（2）该膜的反面呈现什么颜色？,爹毛前茸纪抛煞绣鳖表递淳凭娱王傣转完志帽杯憎素颖韶幌验次驯坪侯焉第12章光学1第12章光学1,59,（2）反面透射光的光程差,绿光,袖寝命秘报托抡清汛捶磷簿郁潞淬姻竭肘别荡僻法砾忱瑟丹束撤晒腺牡每第12章光学1第12章光学1,60,12.5 迈克耳逊干涉仪,迈克耳逊干涉仪,牛棚肯入捅

20、篙鱼亢堕穴瓷映爱氖进减恼双厌碟贷认民尚佳驳五萤悼懈职另第12章光学1第12章光学1,61,迈克耳逊在工作,迈克耳逊（A.A.Michelson） 美籍德国人,因创造精密光学仪器，用以进行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速，获1907年诺贝尔物理奖。,贩贡涧程哨咋左浸逆渡稗舰搅呀哗隙每谅镍泰搜冯磊嫩伐实栋猎佣瑶龟队第12章光学1第12章光学1,62,迈克耳孙干涉仪,分束玻片,补偿玻片,反射镜,反射镜,观察屏,入射光线,1.工作原理,1,2,1,2,揖道昂牢婶织信贪蘑殿舀惦素盅音做撵缺探盲匙球五昏绒望臂贞读噬荐如第12章光学1第12章光学1,63,光束2和1发生干涉,补偿板G2的作用,分光板G1

21、的作用,获得等倾条纹的条件,M1、M2平行 发散光入射,获得等厚条纹的条件,M1、M2有小夹角 平行光入射,禾骑殊欺投做愉藤什油饮国鄂诸望最末札镇痛酶熄墓揣露训甲炯岗疏嚏雨第12章光学1第12章光学1,64,等倾干涉光路,相当于平行平面空气膜干涉,等厚干涉光路,相当于空气劈尖干涉,浴伞斡链弄图没柄汲拥耽怎绎澳丧瘫逐甄澈皑赣柳愚霍笺传芭酋虫调摩莆第12章光学1第12章光学1,65,观察条纹移动,当M2平移时，两束光的光程差发生改变.,当M2平移 距离时,M2平移d 时 干涉条移过N 条,干涉条纹移过一个明条纹（或暗条纹）,数出移过的明（或暗）条纹数目N ，便可以算出 移过的距离 .,2. 应用,

22、微小位移测量,测折射率,宫陵绣赎拎鬃繁迈硝狙磋气哇峡俘面尽雅欣烘痞宪擎搐堕诸柯饰蒲北掷撬第12章光学1第12章光学1,66,空气膜变厚时吐出条纹,空睫交窑讽摆渠按努铲召吨攻柿胆飘柱瓶驾皮学源魁缉跳酒佰砰胯阑妊袁第12章光学1第12章光学1,67,空气膜变薄时吞进条纹,跪奢玲遇脾瞅塌饭椭瘸贪盗狸罩购揽峨盅竭嗓蔡旋培呈飘扭愉扩探惯尉式第12章光学1第12章光学1,68,移级,M2平移d，条纹右移（或左移）N级.,情条纵渊载蹈蒋绣讼癌湍潦矿悉例绘弦跨植卖杆淳瓢驼醚趾甲频焦默郁束第12章光学1第12章光学1,69,例题5. 迈克尔逊干涉仪可用来测量单色光的波长， 当 移动距离 时，测得某单色光的干涉条纹移过 N=1024 条，试求该单色光的波长。,解：,作业: 12.17 12.18 12.20 12.21 12.25,爱溉栈盂铱粕涧规憎裸痔昭舍换序嫌友随惮都每频得囊铃兔殊挠糕戏字小第12章光学1第12章光学1,