第十三章-光波PPT课件

,第十三章光波,13.1光的干涉,光程,物理意义：光程是光在介质中传播距离r的时间内光在真空中传播的距离。利用光程差分析干涉和衍射。,光程差:,x,d=0.11mm;D=110m;x=110cm,(很小),13.1.1杨氏干涉,2.暗纹,1.明纹,光程差,明纹位置,光程差,暗纹位置,4.色散(除0级外),3.条纹间距,明纹,明纹,x与成正比,用白光照射时，中央0级为白色亮纹，两侧为彩色，由蓝到红向外展开,间距,条纹为等间距,1级明纹,-1级明纹,暗,暗,暗,暗,0级明纹,5.条纹移动若S下移，则条纹上移；反之，下移。,上移,下移,若r2光路中放置一厚为d的介质（折射率为n）,则条纹下移。,S,r1,r2,下移,杨氏干涉是利用光的衍射，将同一波前的光相交而产生干涉。劳埃德镜是利用光的反射。,13.1.2劳埃德镜和半波损,半波损失光波从光疏介质（n小）入射()到光密（n大）介质的表面发生反射时，相位会突变,相当于光程损失半个波长，称为半波损失。,13.1.3相干光源与非相干光源,和的电振动分别为：,两列光波在P点引起的电振动分别为：,设两个光源1和2分别发出平面单色光，在某一介质中传播.令,波长为,合振幅：,P点的光强：,为两列波在P点的位相差,光程差和位相差的关系,光的相干条件,a.同频率b.同振动方向c.位相差恒定,普通光源发光（自发辐射）：热辐射、电致发光、光致发光、化学发光,普通光源获得相干光的途径,13.1.4薄膜干涉,薄膜干涉等倾干涉、等厚干涉,S,S,等倾干涉,等厚干涉,一、薄膜干涉光程差（以等倾为例）,附加：00,注意：,当薄膜是等厚时,即h=常数,则相同入射角的光对应同一条纹等倾干涉（定域于无穷远）。,7654321,条纹特点：,图样：一系列同心圆环，中心点明暗由厚度、半波损失情况决定。,条纹级次分布:,中间级次高,旁边级次低,条纹的移动：,h增大，条纹向外长出；h减小，条纹向里缩；h变化一个时，级次变化一个。由此可测微小长度的变化。,二、增透(增反)膜：,单层增透膜：,增透反射极小,最小厚度：,通常在玻璃器件上镀MgF2（n2=1.38),透射率98.7%,MgF2（n2=1.38),通常在玻璃器件上镀多层ZnS（n2=2.35）,反射率为99以上,单层增反膜：,增反反射极大,最小厚度：,注意：增透或增反是针对特定的波长而言,ZnS（n2=2.35）,三、等厚干涉,如果入射角不变,厚度变,则同一条纹对应的厚度相同等厚干涉,1、劈形膜,两个平面所构成的劈形薄膜,条纹特点：,1、干涉条纹为平行棱边的等间距直条纹，棱边处为暗条纹。,应用,1、测波长、n、细小直径、厚度、微小变化,牛顿环,牛顿环图样,条纹特点：内疏外密的同心圆环，中间条纹级次低。,由图可知：,可忽略,结合明暗条件,可得环纹半径,明纹,暗纹,入射光,应用,测波长,检验透镜球表面质量,标准验规,待测透镜,暗纹,测透镜球面的半径R：,13.1.5迈克耳孙干涉仪,13.2光的衍射,定义:光能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播，并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象。,衍射分类：,1菲涅耳衍射光源和接收屏都距离衍射屏有限远,2夫琅禾费衍射光源和接收屏距离衍射屏无穷远,接收屏,衍射屏,衍射屏,接收屏,13.2.1惠更斯菲涅耳原理,波传到的任何一点都是子波的波源，各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。,f（）为倾斜因子,13.2.2单缝夫琅禾费衍射,实验装置,衍射图样,S为点光源时的衍射图样,S为线光源时的衍射图样,半波带,C,明暗条件（菲涅耳半波带法）,1、暗纹,(与干涉暗纹条件相反),2、次极明纹,P,P0,A,B,a,4、明纹的角宽度,中央明纹:,暗纹,中央明纹宽度是其它次级明纹宽度的2倍。,或a，则，衍射效果强,几何光学是波动光学在/a0时的极限情形,13.2.3衍射光栅,光栅简介,1光栅大量等间隔，等宽的平行狭缝(或反射面),构成的光学元件。,平面透射光栅的衍射,图样特征：单缝衍射因子调制多光束干涉图样。,1,2,3,光栅方程dsin=kk=0,1,2,主极大,缺级,单缝衍射极小：asink,dsink,主极大缺级：,k级主极大为暗纹缺级,暗纹和次级大,相邻两主极大间有（N-1）条暗纹,（N2）条次极大,暗纹,d/a=4,第四级缺极,asin=k,dsin=k光栅方程,1,2,3,主极大的半角宽,主极大的半角宽：,N，则，主极大越细锐,角色散率,线色散率,光栅的两个性能标志：色散本领、色分辨本领,光栅的分辨本领：,光栅、棱镜等类光学仪器的分辨率是指把波长靠得很近的两条谱线、分辨清楚的本领。,定义为：,恰能分辨的相邻两条谱线的平均波长及波长差,光栅的分辨本领：,例1以波长为589.3nm的钠黄光垂直入射到光栅上，测得第二级谱线的偏角为2808，用另一未知波长的单色光垂直入射时，它的第一级谱线的偏角是13030。（1）求未知波长（2）未知波长的谱线最多能观察到第几级？,解(1)由光栅方程,两式联立,得,(2),故最多能看到第4级.,例2一光栅每厘米刻线5000条，共3cm。（1）求该光栅的二级光谱在500nm附近的角色散率。（2）在二级光谱的500nm的附近能分辨的最小波长差是多少？,解(1),由光栅方程,可得,于是角色散率,(2),例3有一宽1cm，n100条/mm的光栅，钠灯作光源，波长：入1589.0nm，入2589.6nm问：(1)k2的谱线的方位角及两条谱线在透镜焦平面上的间距是多少？f2m(2)在k2时，能否分辨钠灯的双线结构？(3)若第三级缺级，则光栅的缝宽最小可能为大？(4)用此光栅最多可观察到多少套钠灯的双线结构？,解N=1000,d=105m,(1)由光栅方程有,可得,(2)恰能分辨的波长差,故可在第二级分辨.,(3),(4)由,故从第一级起都可分辨钠双线,再由,可知,可在116级观测到钠双线,但是考虑到缺级,有22级双线结构可被观测到.,13.2.4圆孔夫琅禾费衍射,不能分辨,恰能分辨,能分辨,瑞利判据,最小分辨角,常见光学系统的分辨率,1、望远镜的分辨本领,分辨本领,人眼的分辨本领瞳孔D=3mm，550nm,明视距离L25cm,最小分辨角;2.210-4rad0o光超前0o光落后,四分之一波片(或/4片),二分之一波片(或/2片),波片是针对某一波长而言，作用是使出射的o光和e光之间产生一定的相位差。,5.椭圆偏振光的获得，及偏振光的检验,圆，椭圆偏振光的获得,线偏光通过/4片后，,(1).,圆偏光通过/4片后，为线偏光；椭圆偏振光通过/4片后，一般为椭圆偏振光。当椭圆偏振光的长,短轴与波片的光轴平行时，为线偏光。,五种偏振态的检验,把检偏器对着被检光旋转一周，若得到,线偏振光,在光路中插入1/4波片，再旋转检偏器，若,在光路中插入1/4波片，并使光轴沿着所检得的暗方位，旋转检偏器，若,两明两零,光强不变,圆偏光,自然光,椭圆偏振光,部分偏振光,两明两零,两明两暗,两明两零,光强不变,两明两暗,