1波动光学01.ppt

光学的分类 1 几何光学 以光的直线传播为基础 研究光在透明介质中的传播问题 包括 直线传播定律 反射折射定律 波动光学 以光的波动性为基础 研究光的干涉 衍射 偏振 即 研究光的波动性 量子光学 以光和物质的相互作用所显示的粒子性为基础 2 物理光学 第4章波动光学 真空中的光速 光矢量用矢量表示光矢量 它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用 4 1描述光的基本概念 4 1 1光源 光源的发光特点 光源 可以发光的物体 其分类 1 按发光机制可分为 普通光源 激光光源 2 按能量激发方式可分为 热光源 冷光源 3 按相干性可分为 复色光源 单色光源 4 按形状可分为 点光源 面光源等 4 1 2光强与光的单色性 1 光强光的强度指单位面积上获得的平均光功率 由坡印廷矢量S确定 即波的平均能流密度 结论 绝对的单色光是不存在的 2 复色光 由各种不同频率的光复合而成的光 4 1 3光的相干性 设空间有两个同频的单色光源S1和S2 它们发出的光相交于空间一点P 如果两光矢量的方向相同 则在P点的合成光矢量的值为 当两光束有恒定的位相差时合光强为 4 1 4光程与光程差 对某一单色光 其频率一定 在折射率为n的介质中光的波长为 1 光程 因此在折射率为n的介质中光波传播x在位相上 时间上 相当于在真空中传播nx的距离 我们就把nx称为在这种介质中的光程 相当于将光的传播都折算为真空中的传播 2 光程差 两束相干光在相遇点的位相差为 上式中 nr2 nr1表示两相干光源到相遇点的光程的差值 称为光程差 透镜不引起附加的光程差 4 1 5获得相干光的方法 来自两个独立光源的光和来自同一个光源的不同部分的光 不满足相干光的条件 而将光源发出的一束光分解为两束 在经过不同的光程后相遇时 将满足相干条件 发生干涉现象 分波阵面法 使同一波阵面上的两点成为新的光源 满足相干光源的条件 分振幅法 将一束光分解为两束光 满足相干光条件 相干光的产生 装置 如图所示 4 2应用分波振面法获得相干光的干涉实验 4 2 1杨氏双缝实验 结果 1 关于P0对称的明暗相间的条纹 P0为明纹 2 用不同单色光照射 明暗条纹的间距不等 且波长减少 条纹间距变窄 3 若用白光照射 P0为白色 其两侧为对称的彩色条纹 杨氏双缝干涉实验明 暗纹条件 由相干加强和减弱的条件得 由几何关系 明暗条纹的位置 白光照射时 出现彩色条纹 1 条纹间距与 的关系 d D一定时 若 变化 则将怎样变化 1 d D一定时 若变化 则将怎样变化 2 一定时 条纹间距与的关系如何 杨氏双缝实验的缺点 为了保证两个子波源的相干性 必须要求缝S很窄 这将导致光强减弱 条纹不清 同时还要受衍射的影响 4 2 2其它分波阵面法干涉实验 1 菲涅耳双面镜实验 双镜实验光路图 2 劳埃德镜镜实验 P M 半波损失 光从光速较大的介质射向光速较小的介质时 反射光的相位较之入射光的相位跃变了 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 1 分析清楚哪两束光发生干涉 2 正确计算干涉点处的光程差 注意 当光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时 反射光有半波损失 3 计算并讨论干涉条纹的空间分布或分布的变化 分析干涉问题的基本步骤 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 例2将焦距为f的透镜切去宽为b f 1000的中央部分 再将两半粘合 如图所示 距透镜2f处放一波长为 的单色光源 在透镜的后焦面上放一屏 已知 d b 5000 f 100cm 求 1 屏上两相邻干涉条纹的距离 2 屏上可能呈现条纹的最大数目 3 若屏放在2f以外能否发生干涉 解 1 如图所示 在屏上的干涉区域O1O2 2 如图 干涉区间O1O2 b 3 因为两个相干波源发出的光不能相遇 所以不能发生干涉现象 例3用n 1 58的薄云母片覆盖杨氏双缝干涉装置的一条缝 这时接收屏中心被第五级亮纹占据 1 若光源波长为0 55 m 求云母片的厚度 2 若双缝相距0 60mm 屏与缝的距离为2 5m 求 0级明纹的