医用物理：第十二章 波动光学

1、第5讲 光的干涉,一 光是一种电磁波,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,2、激光光源：受激辐射优质的相干光源,= (E2-E1) / h,完全一样,1、普通光源：自发辐射,独立（同一原子先后发的光,独立（不同原子发的光,传播方向,频率,相位,振动方向,二 相干光,3、由普通光源获得相干光的途径,三 光程 光程差,光在真空中的速度,光在介质中的速度,介质中的波长,介质的折射率,相位差,物理意义：光程就是光在介质中通过的几何路程 , 按波数相等折合到真空中的路程,1) 光程: 介质折射率与光的几何路程之积,波程差,2）光程差 (两光程之差,光程差,

2、相位差,物点到象点（亮点）各光线之间的光程差为零,在干涉和衍射装置中经常要用到透镜，光线经过透镜后并不附加光程差,焦点 F、F 都是亮点,说明各光线在此同相叠加,而 A、B、C 或 a、b、c,都在同相面上,说明 AF,各光线等光程,或 AF,四 透镜不引起附加的光程差,一 杨氏双缝干涉实验分波前干涉,光程差,点光源,减弱,暗纹,白光入射的杨氏双缝干涉照片,红光入射的杨氏双缝干涉照片,解 （1,例1：双缝干涉实验中，波长 的单色光垂直入射到缝间距 的双缝上，屏到双缝的距离 。求 1）中央明纹两侧的两条第10 级明纹中心的间距； 2）用一厚度 折射率为 的玻璃片覆盖一缝后，零级明纹将移到何处,未

3、加玻璃片时,加玻璃片后,原零级明纹向下移到约第七级明纹处,解（2）设加玻璃片后，零 级明纹下移至 P 点,二 劳埃德镜,半波损失 ：光在光疏介质与光密介质分界面反射，反射光的相位较之入射光的相位会发生 跃变， 相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的光程差，称为半波损失,M,L,一 薄膜干涉（一）等倾干涉,分振幅干涉,反射光的光程差,加 强,减 弱,透射光的光程差,注意：透射光和反射光干涉具有互 补 性 ，符合能量守恒定律,等倾干涉条纹照片,当光线垂直入射时,当 时,当 时,第6讲 光的衍射,一、光的衍射（ diffraction of light,1、定义,而偏离直线传播的现象叫光的衍射,光

4、在传播过程中能绕过障碍物的边缘,孔的衍射,缝的衍射,2、分类,1）菲涅耳（Fresnel）衍射(近场衍射,2）夫琅禾费（Fraunhofer）衍射（远场衍射,L 和 D中至少有一个是有限值,L 和 D皆为无限大（可用透镜实现,介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就形成了新的波前(惠更斯原理,衍射角 ：向上为正，向下为负 .,菲涅尔半波带法,S,1,2,1,2,两个半波带发的光，在 P 点干涉相消形成暗纹,可将缝分为两个“半波带,1,一、半波带法计算观察屏上的光强分布,在 P 点形成明纹（中心,其中两相邻半波带的衍射光相消,余下一个半波带的衍射光不

5、被抵消,相消， P 点形成暗纹,可将,两相邻半波带的衍射光,2）当 时，可将缝分成三个半波带,干涉相消（暗纹,干涉加强（明纹,介于明暗之间,个半波带,中央明纹中心,二 光强分布,1）第一暗纹距中心的距离,第一暗纹的衍射角,一定， 越大， 越大，衍射效应越明显,光直线传播,增大， 减小,一定,减小， 增大,衍射最大,第一暗纹的衍射角,角范围,线范围,2）中央明纹,的两暗纹间,问：单缝上下微小移动时，衍射图是否变化,答：根据透镜成像原理衍射图不变,3）条纹宽度（相邻条纹间距,单缝上移，零级明纹中心仍在透镜光轴上,例1 一单色平行光垂直入射一单缝，其衍射第三级明纹位置恰好与波长为 600 nm 的单

6、色光垂直入射该缝时衍射的第二级位置重合，试求该单色光的波长,解,艾里斑直径,问: 为什么我们看不清远处的物体呢 ,集中了约84的衍射光能,二 瑞利判据,当两个艾里斑中心的距离小于每个艾里斑半径时，无法分辨这两个物体。当两个艾里斑中心的距离等于每个艾里斑半径时，是能分辨这两个物体的临界点,一 光栅 （多缝衍射,许多等宽度、等距离的狭缝（或放射面）排列起来形成的光学元件,类型：透射光栅，反射光栅,光栅常数,大小,光栅衍射实验装置,相邻两缝间的光程差,二 光栅衍射条纹的形成,光栅的衍射条纹是单缝衍射和多光束干涉的总效果,光栅中狭缝条数越多，明纹越亮,光栅常数越小，波长越长，明纹间隔越远,sin,0,

7、4,8,4,8,d,N = 4,N2 I0单,多缝干涉,单缝衍射对光栅衍射的影响（缺级现象,缺级,出现缺级,例：假如,单缝衍射对光强的调制,单缝衍射和多缝衍射干涉的对比 （d =10b,单缝,多缝,第7讲 光的偏振,一自然光 偏振光,自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量,在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光,自然光以两互相垂直的互为独立的（无确定的相位关系）振幅相等的光振动表示 , 并各具有一半的振动能量,各光矢量间无固定的相位关系,二互相垂直方向是任选的,偏振光（线偏振光,部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光,光振动

8、只沿某一固定方向的光,二偏振片 起偏与检偏,二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质称二向色性,偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片,偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向,检 偏,三马吕斯定律（1880 年,马吕斯定律 强度为 的偏振光通过检偏振器后, 出射光的强度为,M,在检偏器绕光轴转动的过程当中，如果 （1）I不变，则入射光是什么光？ （2）I变且出现消光现象，则入射光是什么光？ （3）I变但未出现消光，则入射光又为什么光,入射面 入射光线和法线所成的平面,反射光 部分偏振光 ，垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动,折射光 部分偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动,理论和实验证明