(清华大学完整)波动光学(上)ppt课件

.,1,大学物理电子教案,波动光学1,.,2,第五篇波动光学,光学,几何光学波动光学量子光学,用波动理论解释光的干涉、衍射、偏振现象,波动光学：,.,3,第21章光波的干涉,211、光的干涉,波动方程：,二、光的干涉,1、条件,振动方向相同频率相同有恒定的位相差,电场强度的振动,磁场强度的振动,振动方程：,一、光振动：光波是电磁波,.,4,三、获得相干光的方法,1、分波阵面法,杨氏实验菲涅耳双镜洛埃镜,双面镜双棱镜,2、分振幅法薄膜干涉,等倾干涉等厚干涉,2、相长、相消的条件：,.,5,托马斯.杨,.,6,中央明纹,零级暗纹,零级暗纹,一级明纹,一级明纹,一级暗纹,一级暗纹,212分波阵面干涉,一、杨氏实验,平面波,球面波,.,7,二、明暗条纹的位置（真空中）：,注意：,*O点处r=0（k=0）是中央明纹（零级明纹）,*中央明纹两侧出现两条零级暗纹,零级明纹,1、程差条件,.,8,P点的坐标（距O点很近）,代入程差条件得：,1、程差条件,2、坐标条件,.,9,讨论:,（1）相邻两条明（暗）纹的间距X=（Dd）条纹间距相等与级数无关，干涉图样是等间距明暗相间条纹。,（2）Xdd，x条纹越清晰,（4）=(x.d)D由此，可测出各种光波的波长,（3）Xk若白光入射，得彩色条纹分布,.,10,三、光程、光程差,若图1真空中的P点满足r2-r1=k,P点一定是一亮点，图2有介质时P点是否还是亮点呢？,设光在真空中的波长为，介质中为有：,*介质中X长度内波的个数为,*“nX”称为光在介质中通过X的光程,*显然，,占nX这么长,它在真空中占多长？,.,11,介质中的明暗条件光程差条件：,.,12,三、杨氏实验的又一装置,P点的明暗条件与真空中完全相同,费马原理：从垂直于平行光的任一平面算起，各平行光线到会聚点的光程相等（即透镜不附加光程差）。,光程差仍有：,.,13,四、时间相干性,原子发光是间歇性的，每个波列持续的时间是,各波列位相关系不固定，不同波列相遇不能产生干涉。,普通光源的相干长度：,理论证明,相干长度,可达几百公里,激光的相干长度：,.,14,五、杨氏双缝干涉图形的强度分布,S1、S2在P点引起的光振动为,合振动为,可以证明,.,15,看出P点的强度I如何随角变化（即：随位相变化）,注意1、实际上4I0就是各级明纹的强度，2、在狭缝很窄时（以保证两缝处E10=E20=E0）,3、如果P点两振动的振幅不等，则有,中央明纹附近的强度分布如下：（取决于）,.,16,五、洛埃镜,明暗条纹的位置,真空中：,介质中：,将屏移到A、B处，证实了半波损失的存在,.,17,一、等倾干涉（厚度均匀的薄膜干涉）二、等厚干涉（厚度不均匀的薄膜干涉）1、劈尖干涉2、牛顿环,21章4节分振幅干涉,薄膜干涉,明暗条件、条纹特征,.,18,一、等倾干涉,1、明暗条件,.,19,注意：,（1）公式中各量的意义,（2）max中k0，公式中无“”号,（1）公式的适用条件：,n1n2，n1nn2,不加/2,显然，薄膜表面出现明暗相间的干涉条纹,讨论：,.,20,（2）若光垂直入射,复色光垂直入射，在薄膜表面上：,有的颜色亮，有的消失，没有干涉条纹。,或全亮或全暗、或一片均匀的光亮，没有干涉条纹。,单色光垂直入射，在薄膜表面上：,.,21,（3）透射光也有干涉现象，明暗条件：,反射光加强的点，透射光正好减弱（互补）,.,22,例1、在折射率为1.50的照相机玻璃镜头表面涂一层MgF2(n=1.38)这层膜应多厚？（黄绿光波长为5500A0）,解：假定光垂直入射,最薄的膜k=0，此时,K取其它值亦可，但d不能太厚。,“”怎么写？,n1nn2,应用:照相机镜头表面、太阳能电池表面镀有增透膜,珠宝表面、激光谐振腔反射镜增反膜，可判断薄膜（SiO2）生长情况，隐形飞机,.,23,2、等倾条纹,相同倾角的光在透镜的焦平面上会聚于同一圆环上，故称“等倾条纹”,明暗条件为：,.,24,*等倾条纹是一组同心圆,愈往中心，条纹级别,*动态反应：连续改变（增加）薄膜的厚度，,*可以证明，愈往边缘圆环的间隔愈密,条纹特征,愈高,视场中条纹自里向外冒出，反之，缩入。,.,25,等倾条纹,7654321,.,26,54321,例：原来是第4级条纹的位置现在是第5级，4、3、2、1级分别向外移动一条，故看到条纹自内向外冒出。,根据冒出的条纹数，可以测定微小长度的变化。,动态反应：若d则k,.,27,.,28,二、等厚干涉,1、劈尖干涉（空气隙劈尖）,明暗条件：,若i=0,并注意到n=1,棱边,等厚条纹,.,29,（1）劈尖愈厚处条纹级别,（2）棱边处d=0,对应着,（3）相邻两明（暗）纹间对应的厚度差为d,愈高。,暗纹,讨论：,12345,.,30,由上式看出越小,越大,使条纹愈清晰。,（4）明（暗）纹间距L:,Lsin=d=,展示：波长变化对劈尖干涉条纹的影响,.,31,.,32,（5）动态反应：L,L。d(连续增厚)条纹向薄膜厚度,较小的方向移动,.,33,例2、如何判断两个直径相差很小的滚珠的大小？（测量工具：两块平板玻璃）,说明：1珠小,说明：1珠大,若发现等厚条纹间隔变密,在靠近“1”那端轻轻压一下,若发现等厚条纹间隔变宽,.,34,*已知、L可测,*已知、L可测。从而求得金属丝的直径、薄膜厚度。,应用举例：,*可检测工件的平整度,*测定金属材料的热膨胀系数等,工件表面沿薄膜增厚的方向有突出物。,.,35,.,36,求：,解：,例3、判断下图工件表面的光洁程度。并求h,.,37,待测工件表面不平整对干涉条纹的影响,.,38,（2）复色光入射得彩色条纹,注意：（1）以上讨论的是空气隙劈尖，若是其它情况，相应公式另写。,dn,d=0处不一定是暗纹,.,39,2、牛顿环,明暗条件：(空气隙）,r,R,（劈尖干涉的结果）,.,40,讨论：（1）牛顿环中心是暗点。愈往边缘，条纹级别,（2）已知