波动光学PPT教案.ppt

第十一章波动光学,以光直线传播为基础，研究光在透明介质中的传播问题。,光的直线传播定律光的独立传播定律光的折射和反射定律,几何光学：,内容：,微粒说与波动说之争,牛顿的微粒说：光是由光源发出的微粒流。,惠更斯的波动说：光是一种波动。,内容：,以光波动性为基础，研究光传播及规律。,干涉衍射偏振,波动光学：,1801年，英国物理学家托马斯杨（T.Young，17731829）首先利用双缝实验观察到了光的干涉条纹，从实验上证实了光的波动性。,1865年，英国物理学家麦克斯韦从他的电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光就是一种电磁波。,量子光学：,内容：,以光和物质相互作用时所显示出的粒子性为基础，研究光的一系列规律。,反映光学与各个科技领域的紧密结合。,现代光学：,内容：,激光全息摄影光纤维光学计算机傅里叶光学红外技术遥感遥测等,光和物质的相互作用规律,普通光源的发光机制,光源：发光的物体。,处在基态的电子,处在激发态的电子,原子模型,普通光源发光的两个特点：,随机性：每次发光是随机的，所发出各波列的振动方向和振动初相位都不相同。,间歇性：各原子发光是断断续续的，平均发光时间t约为10-8s，所发出的是一段长为L=ct的光波列。,相干光：能够满足干涉条件的光。相干光源：能产生相干光的光源。,干涉条件：,频率相同，振动方向相同，有恒定的相位差。,激光光源是相干光源,获得相干光的方法,波阵面分割法,振幅分割法,11-2杨氏双缝干涉,1.实验装置,英国医生兼物理学家托马斯-杨（T.Yang)于1801年首先成功地进行了光干涉实验，并看到了干涉条纹，使光的波动理论得到了证实。,一杨氏双缝实验,托马斯.杨英国人,他原是医生，但对物理学有很深的造诣。1800年他发表论文指出了牛顿在光学理论中的几个严重缺点；1802年杨设计了杨氏双缝实验，证明了光的干涉现象；1803年他用干涉原理解释了获得毛发阴影时出现的衍射现象。尽管杨对光的干涉和衍射都作了很好的解释，但在当时英国不仅没得到重视，反遭到许多非难。,托马斯.杨简介托马斯.杨从小聪慧过人，博览群书，17岁时就已精读过牛顿的力学和光学。因牛顿反对波动说，也由于光的波动理论本身还存在许多不足之处。所以光的微粒说在百年中占了上风。杨的理论在当时没有得到公正的评价，直到法国物理学家菲涅尔用严密的数学理论将杨的干涉原理和惠更斯原理结合起来，托马斯.杨的理论的重要性才为人们所理解。面对牛顿如日中天的气势，杨勇敢地说：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并非因此得认为他是百无一失的。我遗憾地看到他也会弄错，而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”,2.干涉规律,波程差,减弱,加强,加强,减弱,干涉的加强减弱条件：,相位差：,波程差：,1=2,减弱,暗纹,波程差：,3.讨论,条纹间距,明暗条纹的位置,白光照射时，出现彩色条纹，0级为白色条纹。,条纹间距与、的关系,中央明条纹，,其两侧明暗条纹对称分布,明暗条纹等间距。,43210,一定时，条纹间距与的关系,一定时，,条纹间距与的关系,二劳埃德镜,证明光从折射率较小的介质射向折射率较大的介质时，反射光比入射光的相位跃变，相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失.,P,M,例1以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1m.,(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹的距离为7.5mm,求单色光的波长;,(2)若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离.,解（1）,（2）,解计算波程差,例2射电信号的接收,取,极大时,考虑半波损失时，附加波程差取均可，符号不同，取值不同，对问题实质无影响.,一光程,光在介质中速度,光在真空中速度；,介质中的波长,113光程薄膜干涉,1.光程的定义：,t时间内光在介质中传播路程L，相应真空中路程r,波行进一波长，相位变化2，改变相同位相，不同介质中传播路程不同,物理意义：光程就是光在不同介质中的传播路程,折算为（在相同时间内或者改变相同的位相）真空中的传播路程.,光程:介质折射率与光的几何路程之积=,2.光程差和相位差的关系,相位差:,光程差(两光程之差),相位差,干涉加强,干涉减弱,干涉加强,干涉减弱,例1计算光程差、相位差。初相,例2用折射率为n，厚度为L的云母片覆盖双缝装置中的狭缝，中央明纹是否移动，如何移动？移动双缝，中央明纹是否移动？如何使中央明纹回到原位置？,二透镜不引起附加的光程差,焦平面,三薄膜干涉,1.光程差,光程差,反射光的光程差：,考虑半波损失,2.薄膜干涉加强减弱条件：,当光线垂直入射时,透射光的光程差,注意：透射光和反射光干涉具有互补性，符合能量守恒.,3.半波损失,反射光与入射光比较,有半波损失,无半波损失,经膜上下介面两反射光比较,有半波损失,无半波损失,解(1),绿色,无半波损失,透射光的光程差,红光,紫光,例2平面单色光垂直照射在厚度均匀的油膜上，油膜覆盖在玻璃板上。所用光源波长可以连续变化，观察到500nm与700nm这两波长的光在反射中消失。油膜的折射率为1.30，玻璃折射率为1.50，求油膜的厚度。,解：,无半波损失,例3空气中肥皂膜（n2=1.33），厚为0.32m。如用