14 10光学总复习ppt课件

一 复习要求 1 掌握光的干涉条件 理解获得相干光的方法 2 掌握双缝干涉明暗条纹的条件特点 3 掌握光程和光程差的概念 掌握薄膜干涉中光程差的计算以及干涉明暗条纹的条件和特点 5 掌握劈尖干涉和牛顿环的物理现象和分析方法 4 掌握形成半波损失的条件和看点 6 了解惠更斯 菲涅耳原理 掌握用波带理论分析夫琅和费单缝衍射条纹分布规律以及条纹的明暗条纹 二 内容提要 1 光的干涉 1 什么是光的干涉现象 当两束光在传播过程中于某一个区域相遇 在光波重叠区 合成光波的光强形成有规律的强弱相间的稳定分布 为了得到清晰的干涉条纹 两束光的振幅相等或接近 光的干涉部分 分波阵面方式 分振幅方式 由于同一波阵面上各点的振动具有相同的相位 所以从同一波阵面上取出两部分可以作为相干光源 当一束光投射到两种介质的分界面上 一部分反射 一部分透射 分成两部分或若干份 5 光程 光程差和相位差的关系 a光程nL 光在某一种介质里的几何路程L与该介质的折射率n的乘积 物理意义 将光在介质中的路程折合成光在真空中的路程 2 杨氏双缝干涉 1 实验计算图 2 干涉图像 花样 光强图示 4 明条纹的位置 某一级明条纹离开中心0的距离 相邻两明纹 或相邻两条暗条纹 的间距 5 干涉条纹的动态分析 判断条纹变密还是变疏 例如 用入射光波长的 入射光波短的 实验 条纹的情况 在水中做该实验则条纹将变密 有一折射率为n的透明劈尖b缓慢地插入光线2 只遮住S2 则屏幕C上的干涉条纹将 答 间隔不变 向下移动 如果光源向上 向下 移动 条纹的情况 答 间隔不变 向下 向上 移动 薄膜遮缝 条纹下移条数 则求薄膜厚度 或入射光波长 用以下公式 3 薄膜干涉 等倾 角 干涉条纹 屏 等倾 角 干涉条纹 对于厚度均匀的薄膜 凡是以相同的入射角i 或倾角 的入射光有相同的光程差 它们将构成同一条干涉条纹 这种干涉条纹称为等倾干涉条纹 例题 白光垂直照射到空气中一厚度为380nm的肥皂膜上 已知 肥皂膜的折射率n 1 33 试问 肥皂膜的正面 反面各呈现什么颜色 解 注意到垂直入射 同时要分析有无半波损失 反射光干涉时光程差 透射光干涉时光程差 对于肥皂膜的正面 反射光干涉应该加强 令 k 2 得 令 k 3 得 在可见光的范围内有2个波长满足条件 所以肥皂膜的正面呈现紫红色 在可见光的范围内只有1个波长满足条件 所以肥皂膜的反面呈现兰绿色 4 劈尖干涉 空气 通过此式可求细丝的直径 干涉条纹的动态分析 劈尖夹角变小条纹条数不变条纹将变疏 劈尖夹角变大条纹条数不变条纹将变密 劈尖上板平移条纹条数不变 劈尖上板向上平移条纹间距不变 整个条纹将背离棱边平移 检验工件的平整度 例题 已知入射光波长 500nm 现测得干涉条纹如图所示 问 1 不平处是凸还是凹 2 如果相邻明条纹间距b 2mm 条纹的最大弯曲处与该条纹的距离f 0 8mm 则不平处的高度或深度是多少 检验工件的平整度 分析 如果工件表面平整则干涉条纹为直条纹 而现在条纹中间向棱边弯曲 即向厚度较小的条纹处移动 所以弯曲条纹处对应的工件表面应该有凹的纹路 如果条纹弯曲到左边另一条纹的切线上则凹坑深度为波长的一半 即250nm 如果条纹弯曲到两条纹的中间 则凹坑深度为波长的四分之一 即125nm 5 牛顿环 空气 1 牛顿环花样的特点 同心圆环 属于等厚干涉 内疏外密 反射光观测时中心为暗斑 透射光观测时中心为亮斑 2 用光程差表示 3 牛顿环的半径 牛顿环纹的动态分析 当透镜曲率半径变小的过程中 牛顿环装置的调节螺丝放松过程 当透镜曲率半径变大的过程中 牛顿环装置的调节螺丝拧紧过程 反射光观测牛顿环时其中心为暗斑 透射光观测牛顿环时其中心为亮斑 光的衍射部分 1 什么是光的衍射现象 1 光的衍射 当光波通过线度可与入射光波长相比拟的狭缝 小孔 小圆屏 细针等障碍物时 光的传播偏离原来的方向而进入其阴影区 还出现明暗相间的条纹 即光强重新分布 这种现象称为光的衍射 2 衍射现象的分类 菲涅耳衍射夫琅和费衍射 3 惠更斯 菲涅耳原理 实质 菲涅耳提出了波带理论 半波带法 避免了空间某点干涉的复杂数学计算而比较简单地处理了衍射问题 1 夫琅和费单缝衍射 三个半波带 亮纹 四个半波带 暗纹 分成偶数个半波带为暗纹 相邻两个半波带上各对应点的子波 相互干涉抵消 分成奇数个半波带为明纹 相邻两个半波带上各对应点的子波 相互干涉抵消后 还剩下一个半波带的子波没有被抵消 呈现明条纹 与杨氏双缝干涉条纹的条件 在形式上正好相反 切勿混淆 第一级暗纹距离中心0的距离 2 衍射光栅 光栅常数 在1cm内刻有千万条刻痕 若1000条刻痕 其光栅常数为1 10 5m 1 什么是光栅 有大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学元件 称为光栅 2 光栅衍射条纹的特点 背景很暗 明纹既亮又窄 而且分得很开的物理现象 光栅衍射是单缝衍射和多缝间光线干涉两种效应的叠加 光栅衍射是单缝衍射的光强抑制了多缝干涉的光强 单缝衍射衍射条纹 I 光栅衍射是单缝衍射和多缝间光线干涉两种效应的叠加 光栅衍射是单缝衍射的光强抑制了多缝干涉的光强 4 光栅方程 光栅方程 相邻两缝光线的光程差等于波长的整数倍时 干涉加强 形成亮纹 决定光栅衍射图样中明纹的位置 结论 c 当平行光倾斜入射时 入射角为 则 c 当平行光倾斜入射时 入射角为 则 光的偏振部分 1 自然光和偏振光的定义和图识 偏振是横波区别于纵波的一个最明显的标志 因为纵波的振动对于传播方向来说永远是对称的 只有横波才有偏振现象 光的偏振现象有力地证明了光是横波 1 自然光 1 自然光 2 完全偏振光 一束光的光矢量只沿着一个确定的方向振动 这种光称为线偏振光或者说 在光的传播过程中只保留某一方面的光振动能量 叫线偏振光 也叫完全偏振光 其能量是自然光能量的一半 3 部分偏振光 如果将自然光中的两个垂直分量中的其中一个分量部分地削弱 所得的光线称为部分偏振光 2 起偏和检偏 自然光通过偏振片后变为线偏振光 称为起偏 起偏器 偏振片又可用来检验光线的偏振化程度称为检偏 检偏器 3 马吕斯定律 马吕斯定律 解题时注意 自然光入射经过起偏器后 光强要变为二分之一 解题时注意 如果入射光是完全偏振光则经过起偏器后光强不变 此定律只适用于没有光吸收的理想偏振片 4 反射和折射光的偏振 两种情况