《注册物理光学》PPT课件.ppt

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1、大纲要求：相干光的获得 杨氏双缝干涉 光程 光程差 薄膜干涉 光疏介质 光密介质 迈克尔逊干涉仪 惠更斯菲涅尔原理 单缝衍射 光学仪器分辨本领 衍射光栅与光谱分析X射线衍射 布喇格公式 自然光和偏振光 布儒斯特定律 马吕斯定律 双折射现象,第四部分 光学,一、光的干涉,1.相干光源：频率相同,振动方向相同,位相差恒定的两个光源。,2.获得相干光的途径（方法）,有,故上式改写为：,(k=1,2,),波程差,3.明暗位置所满足的条件,根据波动理论：,4.光程与光程差,光程,光在某一媒质中所经历的几何路程 r与介质折射率 n 的乘积 nr,光程差,两同相的相干光源发出的两相干光束，干涉条纹明暗条件由

2、光程差确定,干涉极大,明纹,干涉极小,暗纹,K=2,K=2,中垂面,5.杨氏双缝干涉,入射光为白光,讨论,中央处,红光,紫光,白光,红光,紫光,远离中央,靠近中央,正确答案是(B)。,例1 在双缝干涉实验中，波长为 的单色光垂直入射到缝间距为 的双缝上，屏到双缝的距离为，则某一条明纹与其相邻的暗纹的间距为：,由双缝干涉相邻明纹（暗纹）的间距公式,明纹与其相邻的暗纹的间距为,(2013考题）,考察O处零级明纹,遮盖前,光程差,遮盖后光程,故,这时的零级明纹(遮盖后)应向上移.,答:C,垂直入射,6.薄膜干涉,斜入射,垂直入射时光线1与光线2的光程差为,半波损失,关于半波损失,光入射到光疏媒质、光

3、密媒质界面时,反射光(在光疏媒质中)将多走半个波长的路程,此称半波损失,光入射到光密媒质、光疏媒质界面时,反射光(在光密媒质中)无半波损失,例3：一束波长为 的单色光由空气入到折射率为 n 的透明薄膜上,薄膜在空气中,要使反射光得到加强,则薄膜的最小厚度为,K=?,K=1,答:B,7.劈尖干涉,夹角很小的两个平面所构成的薄膜,平行单色光垂直照射空气劈尖上，上、下表面的反射光将产生干涉，厚度为e 处，两相干光的光程差为,（1）干涉条件,说明,用 e 指示条纹位置,劈尖相当于厚度呈线性 变化的薄膜,对于同一级干涉条纹，具有相同的介质厚度。,对空气劈尖 e=0处是暗纹,（2）空气劈尖任意相邻明条纹对

4、应的厚度差：,（3）任意相邻明条纹(或暗条纹)之间的距离 l,间距,答（A）,8.牛顿环,牛顿环干涉图样,光程差,9.迈克耳孙干涉仪,移动距离,移动反射镜,例5：若在迈克尔干涉仪的可动反射镜M 移动0.620mm 过程中，观察到干涉条纹移动了2300条，则所用 光的波长为：（）A.269nm B.539nm C.2690nm D.5390nm,B,二、光的衍射,1.光的衍射现象,缝很小时，衍射现象明显,绕射,几何亮区,缝较大时，光是直线传播的,光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象。,2.单缝夫琅和费衍射,干涉：从同一点出发的光分成两束，再相遇

5、后干涉。,21,菲涅耳半波带,22,说明,用,角指示条纹的位置,注意：明纹,暗纹,K=0的明纹已重合于中央明纹中,讨论,1.若缝变窄或变宽，各级条纹向何方移动？,远离中央明纹,原K级条纹,原K级条纹,靠近中央明纹,很宽,所有条纹重合于中央明纹,即光直线传播，不绕射。,2.若缝宽不变，,红光比紫光偏离远些,答:D,例6：,在单缝夫琅和费衍射实验中,波长为 的单色光垂直入射到单缝上,对应于衍射角 方向上,若单缝处波阵面可划分为3个半波带,则单缝的宽度 等于,(2013考题）,解:,原来第三级暗纹,缩小一半,答：,点光源经过光学仪器的小圆孔后，由于衍射的影响，所成的象不是一个点而是一个明暗相间的圆形

6、光斑。,3.光学仪器的分辨率,中央最亮的亮斑称为爱里斑。,瑞利判据：如果一个点光源的衍射图象的中央最亮处刚好与另一个点光源的衍射图象第一个最暗处相重合，认为这两个点光源恰好能为这一光学仪器所分辨。,最小分辨角为：,最小分辨角的倒数 称为光学仪器的分辨率,4.光栅衍射,d=a+b,(a+b)sin=k,k=0,1,2,光栅公式,例8.若用白光入射到衍射光栅上，则在可见光范围内，同一级光谱中偏离中央主极大最远的是A 兰光 B 红光 C 黄光 D 紫光,B,5.X射线衍射-布拉格公式,光栅公式,可观察到的最大级次应满足,由 可知，,例9：波长为 的单色光垂直 入射到光栅常数 的平面衍射光栅上，可观察

7、到的光谱线的最大级次为：A.2 B.3 C.4 D.5,最多能看到第3级条纹,答:B,(2013考题）,三、光的偏振,横波的偏振性,光矢量振动面,线偏振光的表示法：,光振动垂直板面,光振动平行板面,1.偏振光的表示法：,部分偏振光的表示法：,自然光的表示法：,2、偏振光的获得,某些物质制成的透明薄片（硫酸金鸡钠碱），只允许一个方向的光振动通过，称为偏振片。,偏振化方向：允许光振动通过的方向,自然光,线偏振光,偏振光的起偏和检偏,起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。,检偏：检查入射光的偏振性。,I=0,I=?,3.线偏振光通过偏振片后的光强马吕斯定律,-线偏振光的振动方向与检偏器的偏

8、振化方向 之间的夹角,马吕斯定律,自然光通过偏振片后光强减半,例10：P1和P2为两个偏振化方向相互垂直的两个平行放置的偏振片，光强为I0的自然光垂直入射在第一个偏振片P1上，则透过P1和P2的光强分别为：,正确答案是A。,光强为I0的自然光通过第一个偏振片，变为线偏振光，而且光强线偏振光为入射光强的一半；,通过第二个偏振片光强，由马吕斯定律可得,A.I0/2和0 B.0和I0/2C.I0和 I0 D.I0/2和I0/2,(2013考题）,解：画示意图,例11:三个偏振片P1，P2与P3堆叠在一起，P1与P3的偏振化方向相互垂直，P2与P1的偏振化方向间的夹角为 30.强度为I0的自然光垂直入

9、射于偏振片P1，并依 次透过偏振片P1、P2与P3，则通过三个偏振片后的 光强为,答:C,解:,答:A,最大透过,4.反射和折射光的偏振,反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化,自然光,部分偏振光,部分偏振光,反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一 特定值 时，反射光为线偏振光。,此即布儒斯特定律,自然光,部分偏振光,线偏振光全偏振光,可以证明：,例13:一束自然光从空气射向一块平板玻璃，设入射角 等于布儒斯特角，则反射光为：A.自然光 B.部分偏振光 C.完全偏振光 D.园偏振光,正确答案是C。,(2013考题）,例14:自然光以60的入射角照射到某两介质 交界面时，反射光

10、为线偏振光，则知（A）折射光为线偏振光，且折射角是30.（B）折射光为部分偏振光，折射角是30.（C）折射光为线偏振光，折射角不能确定.（D）折射光为部分偏振光，折射角不能确定.,答：B,反射光为线偏振光,60为起偏角,5.双折射,寻常光线(o光)-遵守折射定律,非常光线(e光)-不遵守折射定律,o光和e光都是线偏振光。,光沿晶体传播时，速度随入射光的方向变化，即沿不同方向折射率不同。,对于各向异性晶体（方解石，石英），一束光射入晶体后，可以观察到有两束折射光的现象为双折射现象。,人为双折射,光弹效应：某些非晶体（各向同性介质，如塑料，玻璃）本无双折射现象，但受力后产生双折射。,应用：使人为双折射后的e光o光在一定条件下干涉，由条纹分布，形状，密度推断应力分布。,