光学习题课09PPT课件

1、自然光，线偏振光，部分偏振光线偏振光的获得和检验1偏振片起偏2检偏 (马吕斯定律 )2cos入入出出II 021II 自然光入射后出射光强线偏振光入射后出射光强或线偏振光振向与检偏器偏振化方向的夹角第1页/共37页如图所示212cosII 201II 例1 在两块正交偏振片p1 , p3 之间插入另一块偏振片p2 ,其偏振化方向与p1的偏振化方向夹角为 ,若光强为I0 的自然光垂直入射于偏振片p1 ,则透过p3的光强 I 为多少?如何使透射光强最大?2sin81)2(coscos2120220II2p1E1p3E2E3p)2(cos223 II解：4当时,透射光强最大。第2页/共37页例2 自

2、然光强 I0 入射到重叠在一起的四块偏振片上，若每块偏振片的偏振化方向与前一片偏振化方向的夹角沿顺时针（逆光线传播方向）转过30，求出射光强. 060421. 0cos21III 例3 将一束自然光和线偏振光的混合光垂直入射到偏振片上, 若以入射光束为轴转动偏振片,测得透射光强度的最大值是最小值的3倍,求入射光束中自然光与线偏振光的光强之比值。10II第3页/共37页 1111 反射光与折射光的偏振实验(1815年)表明 反射与折射中(自然光入射)图(a)反射光 部分偏振光折射光 部分偏振光0ii (占优 )(占优 )图(b)反射光 偏振光折射光 部分偏振光1210tannnii(分量 )(

3、占优)( Brewster定律)i0 起偏角或 Brewster角空气i1ni玻璃2n(a)0i0i1n玻璃2n空气(b)第4页/共37页( Brewster定律)第5页/共37页0inn注a. 反射光与折射光偏振化程度与入射角i 有关b. 起偏时( i = i0 ) 反 折c. 工程中 玻璃片堆反折偏振光0i0i1n玻璃2n空气第6页/共37页玻璃片堆第7页/共37页 例 如图一块 n =1.50 的平板玻璃浸入水中, 已知一束光入射到水面上时 , 反射光是线偏振光。若 要使玻璃表面的反射光也是线偏振光，则玻璃表面于水平面的夹角 =？01i02i = i01+ i02 90= 11.5第8页

4、/共37页讨论:下列情况中光线的反射光和折射的偏振态( 为起偏角)0i0i0i0iiii第9页/共37页一. 双折射的寻常光和非寻常光对各向异性晶体(方解石), 两束光1. 寻常光(o光)和非常光(e光)o光: 遵守折射定律 各个方向 vo= 常数 no= 常数e光: 不遵守折射定律 各个方向 ve= 常数 ne= 常数光轴2. 光轴“ ”(一个特定方向)两者均为偏振光光沿光轴方向入射， 不发生双折射现象 1112 双折射第10页/共37页3.主截面 光轴与入射面法线所成平面如光沿主截面入射 (本教材讨论对象)o光主截面e光主截面o光 e光4. no与nee光 ：eevcn 主折射率(光轴方向

5、)eoeonnvv光轴方向光轴方向eoeonnvvo光 ： 常数oovcn 正晶体(如石英)oenn 负晶体(如方解石)oenn 71109光轴 光 光eo第11页/共37页o 光波阵面e 光波阵面光轴ovev正晶体(如石英)oenn 负晶体(如方解石)oenn 光轴e 光波阵面o 光波阵面第12页/共37页四. 人为双折射现象 各向同性介质电场, 磁场应力, 外力各向异性(双折射)1.克尔效应与泡克尔斯效应 (加电场)克尔效应220EkEnne线性电光效应电光效应 (电控光开关)Enne0泡克尔斯效应66.2.光弹效应 可显示材料内应力分布第13页/共37页波动光学习题课第14页/共37页基

6、本要求1理解获得相干光的基本方法，掌握光程概念；2会分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置和条件；3了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。4了解惠更斯菲涅耳原理5掌握单缝夫琅禾费衍射的条纹分布，以及缝宽，波长等对衍射条纹的影响6理解光栅衍射方程，会分析光栅常数，光栅缝数N 等对条纹的影响7理解线偏振光获得和检验的方法，马吕斯定律和了解双折射现象第15页/共37页1杨氏双缝干涉中，若有下列变动，干涉条纹将如何变化（1）把整个装置浸入水中（2）在缝S2处慢慢插入一块楔形玻璃片 图示由于S2到o点的光程逐渐增加，因此S1到屏和S2到屏两束光线相遇处的光程差为零的位置向下移动。即整个干涉条纹向下移动。S

7、1S2So)(nnn此时波长为 ，则条纹变密讨论题与选择题第16页/共37页 干涉条纹位置不变,但干涉减弱不为零(暗),整个条纹对比度下降,不够清晰。干涉条纹仅在o点上方, 且明暗条纹位置与原来相反。( 4 ) 两缝宽度稍有不等; 若将光源 S沿平行S1S2连线方向作微小移动S1S2So( 3 ) 把缝隙S2遮住，并在两缝垂直平面上放一平面反射镜S1S2SoS1S2So( 5 ) 分别用红 蓝滤色片各遮住S1和S2、 由于两束光频率不同,不相干,无干涉条纹。中央明纹的位置(干涉条纹位置)向上、下移动。第17页/共37页dn22明222dn暗明d1n3n2nAB 2 .单色光 垂直入射劈尖,讨论

8、A、B处的情况dn22321nnnA处条纹明暗B处光程差321nnnB处光程差A处条纹明暗321nnnB处光程差A处条纹明暗321nnnB处光程差A处条纹明暗222dn暗 另外:为什么不讨论n1上表面处反射光的干涉？第18页/共37页3.如图所示,当波长为 的单色平行光垂直照射时,观察到每一条纹弯曲部分的顶点恰好与其左边条纹的直线部分的连线相切，则工件表面与条纹弯曲处对应的部分：（A）凸起，且高度为 /4；（B）凸起，且高度为 /2；（C）凹陷，且深度为 /2；（D）凹陷，且深度为 /4。工件平面玻璃空气劈尖 B 第19页/共37页4.如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上，设其平凸透镜可

9、以在垂直的方向上移动，在透镜离开平玻璃过程中，可以观察到这些环状干涉条纹。（A）向右平移；（B）向左平移。（C）向中心收缩；（D）向外扩张；单色光空气 C 第20页/共37页5图示,设单色光垂直入射,画出干涉条纹（形状，疏密分布和条纹数）（1）上表面为平面，下表面为圆柱面的平凸透镜放在平板玻璃上。由得明纹条件22 ndkd224,47 kd时当 可观察到第四级明条纹 .1 23 4暗纹中心明纹8条,暗纹7条 由图知可得明条纹8条, 暗条纹7条的直线干涉条纹。即 k=1, d1= /4 ; k=3, d3=5 /4 .k=2, d2=3 /4 ;4747d0d第21页/共37页（2）平板玻璃放在

10、上面，下面是表面为圆柱面的平凹透镜。同理，由kd221234明纹7条,暗纹8条47d0d0d但对应 处,只有一条明条纹，则共可看到7条 明纹、8条暗纹（图示）47 d可观察到第k = 4 的明条纹,如图看到的都是一样同心圆牛顿环，如何分别这两种情况？问题：第22页/共37页6.当单色平行光垂直入射时，观察单缝的夫琅禾费衍射图样。设I0表示中央明纹的光强， x0 表示中央明纹宽度。若只把单缝的宽度增大为原来的3倍。其他条件不变，则(D) I0增为原来的9倍， x0 减为原来的1/3 .(B) I0增为原来的3倍， x0 减为原来的1/3；(C) I0增为原来的3倍， x0增为原来的3倍；(A)

11、I0不变， x0 减为原来的1/3；bflx200 D 第23页/共37页（2）各图的 等于多少？有哪些缺级?bbb 7由下列光强分布曲线，回答下列问题（1）各图分别表示几缝衍射（3）入射波长相同，哪一个图对应的缝最宽0IIsino2 N2 bbb,6,4,2k缺级o0IIsin(a)(b)0IIsino(d)o0IIsin(c)4N4 bbb12, 8, 4 k缺级3 N3bbb缺级9, 6, 3kbfl201N(d) 缝最宽第24页/共37页 C 8.三个偏振片 P1、P2与P3 堆叠在一起，P1 与 P3 的片振化方向相互垂直，P2 与 P1 的片振化方向间的夹角为 30 。强度为 I0

12、 的自然光垂直入射到偏振片 P1，并依次透过偏振片 P1、P2 与 P3，若不考虑偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片后的光光强为：（A）（B）（C）（D）;32/30I;4/0I;8/30I.16/0I第25页/共37页计算1测量薄膜厚度。图示欲测定SiO2的厚度，通常将其磨成图示劈尖状，然后用光的干涉方法测量。若以 光垂直入射,看到七条暗纹,且第七条位于N处,问该膜厚为多少.nm590dn22321nnn由于则由暗条纹条件得2) 12(22kdn2, 1, 0k 已知N处为第七条暗纹，所以取 得6 knmnkd521027. 14) 12( 解：4 . 33n2SiO5 . 12nNM1n

13、第26页/共37页 方法2：劈尖相邻明条（暗条）间的垂直距离为 ，今有七条暗纹，棱边为明条纹，22n讨论：如果N处为一明条纹如何计算？如果N处不出现明、暗条纹，又如何计算。nm1027. 12212) 17(522nnd则其厚度4 . 33n2SiO5 . 12nNM1n第27页/共37页（1）设在A处，两束反射光的光程差为2)( 20 ee2牛顿环装置中平凸透镜与平板玻璃有一小间隙 ，现用波长为 单色光垂直入射（1）任一位置处的光程差（2）求反射光形成牛顿环暗环的表述式（设透镜的曲率半径为R）0e若计算透射光,图示 )( 20ee R0eerA解第28页/共37页)2(0ekRr 代入式 得

14、k02ek 为正整数，且R0eerA（2）形成的暗纹条件2) 12 (2)( 20 keeeReeRRReRRr22)(222222由图示几何关系知 (设A处环半径r )Rre22 第29页/共37页nm5352nd（2）若M2前插入一薄玻璃片，观察到干涉条纹移动150条，设入射光 ，玻璃折射率 ，则玻璃片的厚度 . nm500 5 . 1 n3.（1）迈克耳孙干涉仪中平面镜M2移动距 离 时,测得某单色光的干涉条纹移动 条，则波长为 . nm3220. 0 d1204 n2M1M2M(1)(2)cm1093. 5) 1(2/3 nnd第30页/共37页分析： 双缝干涉却又受到每一缝（单缝）衍

15、射的制约，成为一个双缝衍射，(图示衍射图样)（2）单缝中央亮纹范围内的明纹数目4双缝干涉实验中，缝距 ，缝宽 b = 0.08mm,即双缝 (N=2 ) 的衍射,透镜焦距 f =2.0m ,求当 = 480nm光垂直入射时，求：（1）条纹的间距；mm4 . 0bbxof第31页/共37页（1）条纹间距因为fxk sinkfbbxkm102431 fbbxxxkk（2）单缝中央明纹范围内有多少条明纹bfl2 xofxkbb sin)(由 得明纹中心位置1022 bbbbbfbfxl第32页/共37页因为 ，即出现缺级现象 即总共可以看到11条（包括零级明条）的明条纹，但是5 bbb)10 , 5

16、( 所以，在单缝中央明级范围内可以看到9条明纹(-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4)xofx第33页/共37页讨论：（2）若取 ，使单缝衍射中央明纹宽，那么，在中央明纹区域内，观察到主极大数目愈多，且各明条纹强度也愈接近（如图）bbb （1）由于受到单缝衍射效应的影响，只有在单缝衍射中央明纹区内的各级主极大光强度较大，通常我们观察到光栅衍射图样就是在单缝中央明纹区域邻近的干涉条纹.第34页/共37页（3）若以 角倾斜入射光栅，在屏上显 示的全部级数为多少? 5= 600nm单色光垂直入射光栅，已知第二级，第三级明纹分别位于 处,且首次缺级在第4级，求3 . 0sin2 . 0sin32 与（1）光栅常数（ ）和缝宽 b（2）在屏上实际显示的全部级数为多少？bb 30i解（1）由光栅方程已知2sin)(2 bbm1066bb得3sin)(3 bb或又由缺级条件4