《光学国际》PPT课件.ppt

第十一章,波动光学,上一张,下一张,返回,光的基本知识,光是电磁波，是横波。 可见光：频率（3.9 7.5）1014 Hz 波长 4000 7600 光速：真空中299792458 m/s (3108 ) 介质中 u = c/n 光强： 2 光矢量：E 矢量,相干光的获得：,1）波阵面分割：,2）振幅分割法：,托马斯.扬实验 菲涅耳双镜实验 洛埃镜实验,牛顿环 劈尖膜的干涉 迈克尔逊干涉仪,上一张,下一张,返回,光的叠加,P 323,2，相干光的叠加：,上一张,下一张,返回,定义2： 为光程差。,意义：把光在不同介质的问题，全部折算到真空中来。,上一张,下一张,返回,光程（Optical path）,光程差与 相位差的关系：,干涉判据:（P340）,上一张,下一张,返回,11-2 杨氏双缝干涉,英国，Thomas Young (1773-1829),1.杨氏实验,上一张,下一张,返回,1801年，托马斯 杨，判别光的波动性质的关键性实验。 在观察屏上有明暗相间的等间距条纹。, = 2 - 1 = r2- r1 d sin d x / D = k ( 明纹）,上一张,下一张,返回,扬氏双缝干涉特点：,干涉条纹是平行线。 明暗条纹的间距为 x D /d 光强分布：I max = 4 I0 ， I min = 0,11-3 薄膜干涉,日常生活中较常见。 如：水面上的油膜，肥皂泡或昆虫翅膀在阳光照射下呈现的彩色花纹就是薄膜干涉的结果。,肥皂泡上的 彩色干涉条纹,油膜上的彩色 干涉条纹,蝉翼上的彩色 干涉条纹,上一张,下一张,返回,光垂直入射：,明条纹： = k ,暗条纹： = ( k+1/2) ( k ),可见，同一级次（k 一定）的条纹，对应于 薄膜上厚度相同点的连线，因此该种条纹称 为等厚干涉条纹。,上一张,下一张,返回,1，劈尖干涉,上一张,下一张,返回, 很小， 入射光 垂直入射.,劈尖干涉,d,薄膜上下两表面反射 光的光程差为：, = 2 d + / 2,明条纹： = k ,暗条纹： = ( k+1/2) ( k ),结论1，相临条纹（明或暗）对应的高度差为：,上一张,下一张,返回,条纹的间距:,a sin = / 2,相临条纹对应的高度差：,相临条纹的间距：,与劈尖角 有关.,上一张,下一张,返回,劈尖干涉条纹特点：,明暗条纹平行于交棱，且同一条条纹对应于同一个高度，因而是等厚条纹。 相临条纹对应的高度差为 / 2，故相临条纹的间距 a = /（2 sin）= /（2 ），与劈尖角 有关。 越小，条纹越疏； 越大，条纹越密。 * 若劈尖间介质为n，则 a = /（2 n ） 交棱处为暗条纹。,上一张,下一张,返回,上一张,下一张,返回,劈尖干涉的应用:,测波长或折射率或劈尖角。 测定微细金属丝的直径（或薄膜厚度）。 检测金属表面的光洁度。 干涉膨胀仪。,判断：A 点是凹、凸？,答案：A 点凸起。,上一张,下一张,返回,2，牛顿环,上一张,下一张,返回,牛顿环的实验装置：,上一张,下一张,返回,1 2, = 2 n2 e + ( / 2 ? ),3，增透膜,薄膜上下两表面反射光的光程差为：,1, 当 n1 n2 n3 或 n1 n2 n3 时, = 2 n2 e,2, 当n1 n2 n3时, = 2 n2 e + / 2,上一张,下一张,返回,要使黄绿光增透， 即：反射光光强最小， 则光程差应满足：,增透膜,( 暗条纹，k=0,1,2,),反射光中由于缺少黄绿光而呈蓝紫色。,上一张,下一张,返回,许多现代化大楼的窗户玻璃常常显蓝色，且楼外的人看不清大楼内部的情况，而楼内的人员却可以看清楼外的情况，就是因为玻璃外表面有一层膜（对于射向大楼的蓝光是增反膜）的缘故。,4. 迈克尔逊干涉仪,上一张,下一张,返回,迈克耳逊干涉仪光路图,S光源,G1-分光板,G2-补偿板,M1, M2-平面反射镜,M1 为M1 相对 G1镀银层的虚象,上一张,下一张,返回,当M2 与M1 平行时，出现等倾干涉条纹。,当M2 与M1 有一夹角时，出现等厚干涉条纹；,类似劈尖的等厚干涉条纹。,上一张,下一张,返回,等厚干涉条纹,从左到右的变化图中，等厚条纹左移。,上一张,下一张,返回,等倾干涉条纹,当M2 靠近M1 （距离变小）时，条纹（等倾条纹）向内收缩， （吞条纹）；反之，距离变大时吐条纹。,上一张,下一张,返回,只闻其声，不见其人。,11-4 光的衍射,波在前进中遇到障碍物时，能绕过障碍物的边缘继续向前传播的现象，称为波的衍射现象。,光能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播,而且在屏上出现明暗相间的条纹,这种现象叫光的衍射。,上一张,下一张,返回,一.光的衍射现象：,(1690年),二、惠更斯菲涅耳原理（1818）,惠更斯：,菲涅耳：,波阵面上各点都看成是子波波源.,能定性解释光的传播方向问题.,波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定.,能定量解释衍射图样中的强度分布.,子波 + 相干叠加,上一张,下一张,返回,惠更斯菲涅耳原理 ( Huygens-Fresnel principle ),上一张,下一张,返回,三、单缝衍射,上一张,下一张,返回,I0= 100 % I1= 4.7 % I2= 1.62 % I3= 0.83 %,只能看到有限的几级明纹.,上一张,下一张,返回,中央明纹的线宽度：,（正比于波长，反比于缝宽）,上一张,下一张,返回,方孔衍射,上一张,下一张,返回,正三边形孔,正六边形孔,正四边形孔,正八边形孔,上一张,下一张,返回,方形网络的衍射图样：,上一张,下一张,返回,X 射线是伦琴于 1895 年发现的，它是在真空管中高速电子撞击金属靶时产生的一种射线，波长为 0.1100 ，人眼看不见，具有很强的穿透能力。,上一张,下一张,返回,单缝衍射：,（单色光）,（白光）,上一张,下一张,返回,波长 的测量方法：,（4）光栅光谱,（1）双缝干涉,（2）单缝衍射,（3）迈氏干涉,上一张,下一张,返回,11-5 衍射光栅,一、光栅,上一张,下一张,返回,上一张,下一张,返回,狭缝数N 与谱线亮度和分布的关系：,结论：N 越大，谱线越细越亮.,上一张,下一张,返回,光栅常数 d = a + b,相邻两狭缝的相干光，到达 Q 点的光程差：, = d sin,二、光谱,上一张,下一张,返回,光栅常数 d = a + b,当相邻两狭缝的光到达 Q 点的光程差 ： = d sin,光栅衍射明条纹的条件：衍射角 必须满足（P369）,-光栅方程,d sin = k ,( k ),= k ( k ),Q 点出现明条纹.,上一张,下一张,返回,光栅光谱特点：,1，明纹细而亮。 光栅常数d 越小，明纹分的越开.,光栅光谱的测量是测波长 精度最高的实验 。 要进一步提高测量精度，还可选用较小的光栅常数d .,2，最大明纹级次 k d / ,上一张,下一张,返回,白光照射,上一张,下一张,返回,一、光的偏振性,11-6 光的偏振,上一张,下一张,返回,光矢量只沿某一固定方向振动的光为线偏振光。 偏振光的振动方向与传播方向组成的平面称为 振动面。,1、线偏振光,上一张,下一张,返回,2、自然光,由于原子发光的独立性与随机性，对于普通光源所发的光，光矢量分布各向均匀。,各光矢量之间无固定的相位关系。,任何取向的一个光矢量都可分解为两个相互垂直方向上的分量。,由于自然光的对称性，所有取向的光矢量在这两个方向上的分量的时间平均值彼此相等。,上一张,下一张,返回,3、部分偏振光,介于线偏振光与自然光之间的情形，可看成线偏振光与自然光的混合。,上一张,下一张,返回,4、表示方法：,自然光,线偏振光,部分偏振光,上一张,下一张,返回,二、偏振片,某些物质吸收光振动有选择性，自然光通过这类物质时，只有一个方向的光振动吸收得最少，其他方向的光振动都被吸收，物质的这种性质称选择吸收性或二色性。如：电气石.,上一张,下一张,返回,利用这种物质制成的透明薄膜，称为偏振片.,偏振片只让某一方向的光振动通过。该方向称为偏振片的偏振化方向。,用“ ”表示.,自然光经过偏振片后变为线偏振光。 偏振片的作用：起偏 和 检偏.,出射光强：,上一张,下一张,返回,1，自然光经过偏振片后变为线偏振光。 2，自然光可分解为两个任意垂直方向上的、 能量相等的独立线偏振光。 3，自然光经过偏振片后，光强减半。,（1）起偏,自然光经过偏振片后，出射光为线偏振光，且光强减半. 但旋转偏振片（起偏器），屏上亮暗无变化.,起偏器,I,I0,上一张,下一张,返回,（2）检偏,线偏振光经过偏振片后，透出光为线偏振光，但光强为,I=I0cos2, 为入射线偏振光和出射线偏振光,光振动方向之间的夹角.,I,I0,若旋转偏振片（检偏器）一周，,光强消光两次。,上一张,下一张,返回,=900,=450,=00,上一张,下一张,返回,一束光经过偏振片后的光强变化,1，自然光（I0） 线偏振光， 起偏 I= I0 / 2 2，线偏振光(I0) 线偏振光， 检偏 I=I0cos2,总结：,上一张,下一张,返回,例1，一光束是自然光和线偏振光的混合。当它通过一偏振片时，发现透射光的强度取决于偏振片的取向，并可变化5倍。求入射光束中两种光的强度各占总入射光强度的几分之几？,解：设入射光束中自然光光强为I0，线偏振光的光强为I1，则通过偏振片后，,由题意,上一张,下一张,返回,自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和