《光学习题》PPT课件.ppt
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1、光 学,光学,几何光学,物理光学,现代光学,波动光学,量子光学,光的干涉,光的衍射,光的偏振,非线性光学,激光光谱学,信息光学,全息术,光纤通信,集成光学,统计光学,诺贝尔物理学奖(光学相关奖项)1901 伦瑟(德)伦瑟射线 1902 荷兰 塞曼效应 1907 麦克尔逊(美)干涉仪 1908 李谱曼(法)彩色照相干涉学 1914 劳厄(德)晶体中X射线衍射现象 1915 布拉格(英)X射线在晶体中的研究 1917 英 x射线标示谱 1919 斯塔克(德)极遂射线的多普勒效应及电场下光谱线的分裂 1921 爱因斯坦(德)光电效应 1923 米利肯(美国)基本电荷 和光电效应 1924 西格巴恩(
2、瑞典)x射线光谱学 1930 拉曼(印度)光散射 1953(荷兰)泽尔尼克 相衬显微镜 1966卡斯特勒(法)磁光共振 1981(瑞典和美国)高分辨率仪器和激光光谱学 1997(美法)朱利文 激光冷却和捕获原子 2001(美)玻色-爱因斯坦凝聚实验 2005(美德)激光的精密光谱;光学相干的量子理论 2009(高锟,香港,美)光纤通讯,半导体成像器件,(化学)1985 X射线确定晶体结构 1999 泽维尔(美)激光观测原子在分子中的运动2008年 美裔科学家钱永健等 研究绿色荧光蛋白 生理医学1903年,Niels Ryberg Finsen(丹麦),利用光辐射治疗狼疮 1911年,Allva
3、r Gullstrand(瑞典),关于眼睛屈光学方面的研究 1946年,赫尔曼约瑟夫缪勒(Hermann Joseph Muller,美国),发现X射线诱导突变 1979年,Allan M.Cormack(美国),Godfrey N.Hounsfield(英国)开发计算机辅助的X射线断层成像仪,超强激光:TW 每厘米1万亿伏的电场、10亿高斯磁场、10亿亿帕的压强和类似星体内部的物质密度和温度,为激光聚变快点火、超热物质、强辐射源、激光粒子加速、新光源、天体物理、相对论等离子体物理、核物理、材料科学、生命科学等前沿科学领域创造了前所未有的研究条件。,光 学,一.光的干涉,相干光:,振动方向相同
4、,频率相同,相位差恒定,光程差不能太大。,光程:光在介质中通过的路程按相位变化相同折合到真空中的路程,L=nr;位相差与光程的关系:=2L/;半波损失:光从光疏媒质到光密媒质入射时,反射光的位相有的突变,这相当于光程增加或者减小/2,称作半波损失。,获得相干光的方法,分波阵面法,分振幅法(薄膜干涉),杨氏双缝,菲涅耳双面(棱)镜,洛埃镜,等厚干涉,等倾干涉,劈尖干涉,牛顿环,双缝干涉:明暗相间的等间距的平行直条纹。,明纹中心:,暗纹中心:,条纹间距:,一。,等厚干涉,A.劈尖干涉:条纹为平行与劈尖棱边的等间距平行条纹。,明纹条件:,暗纹条件:,条纹间距:,B.牛顿环:为同心圆形条纹,明纹半径:
5、,暗纹中心:,C.等倾干涉:内疏外密的圆环,明纹条件:,暗纹条件:,条纹间距:,二.光的衍射,1.定义:惠更斯-菲涅耳原理;瑞利判据;,2.单缝衍射:,暗纹,明纹,零级条纹的半角宽度(k级条纹的角宽度),3.光栅衍射:,明纹,暗纹,缺级,光强分布,例1:在双缝干涉实验中,波长=550nm的单色平行光垂直入射到 缝间距 的双缝上,屏到双缝的距离D=2m,求(1)中央明纹两侧的两条第10级明纹中心的间距;(2)用一厚度为,折射率为n=1.58的云母片 覆盖一缝后,零级明纹将移到原来的第几级明纹处?(3)若将原装置放入液体中,观察到空气中的第三级明纹正好 是液体中的第四级明纹,求液体的折射率。,解(
6、1),或由,也可得到,(2)加云母片后,零级条纹要移动,设移到原来的第 k 级明纹处,,则 r2-r1=k,此时零级条纹满足,得,=7,(3)液体中的波长:,由条件 xk=kD/d,知:,例2.在双缝干涉实验中,屏幕E上的P点处是明纹。若将缝S2盖住,并在S1S2连线的垂直平分面处放一高折射率介质反射面M,如图所示,则此时:,例2.在双缝干涉实验中,屏幕E上的P点处是明纹。若将缝S2盖住,并在S1S2连线的垂直平分面处放一高折射率介质反射面M,如图所示,则此时:,例2.在双缝干涉实验中,屏幕E上的P点处是明纹。若将缝S2盖住,并在S1S2连线的垂直平分面处放一高折射率介质反射面M,如图所示,则
7、此时:,例3:一油船失事,把大量石油(n=1.2)泄漏在海面上,形成一个很大的油膜。试求:(1)如果你从飞机上竖直地向下看油膜厚度为460nm的区域,哪些波长的可见光反射最强?(2)如果你戴了水下呼吸器从水下竖直的向上看这油膜同一区域,哪些波长的可见光透射最强?(水的折射率为1.33),解:因为在油膜上下表面反射光都有半波损失,,=2nd,(1)反射光干涉加强:2nd=k,当k=2时,=552nm为可见光反射最强。,(2)反射光干涉相消时,透射光加强:2nd=(k+1/2),当k=1时,=736nm;k=2时,=442nm为可见光透射最强。,例4.在一块平整的玻璃(n1=1.5)片上覆盖一层透
8、明介质薄膜(n=1.25),使得波长为600nm的光垂直投射在它上面而不反射。这层薄膜的最小厚度是多少?,解:,要使反射光不反射,只要反射光在薄膜表面干涉极小即可。因为在两个分界面上都有半波损失,所以光程差为:,=2nd=(k+1/2),所以:d=(k+1/2)/2n,对于最小厚度取k=0,则:,所以:d=/4n=120nm,例5:一个折射率为n1=1.5的平凸透镜,其球面半径为R放在折 射率为n2=n1,n3=1.75的两种矩形平板玻璃上,如图所示。设用波长为的单色光正入射。试求:(1)在透镜和平板 玻璃间为空气时,第k级牛顿环的半径;(2在透镜和平板 玻璃间 充满n=1.6的透明液体时,牛
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