波动光学总结课件

1、波动光学总结PPT课件第三章 光的干涉小结一.产生干涉的条件常常数数位位相相差差恒恒定定，振振动动方方向向相相同同，频频率率相相同同，20102010201021) 3(EE(2)0;(1)EE干涉条件（必要条件）干涉条件（必要条件）：补充条件：补充条件：叠加光波的光程差不超过波列的长度叠加光波的光程差不超过波列的长度波动光学总结PPT课件二.分波面干涉(杨氏干涉实验)1、P点的干涉条纹强度点的干涉条纹强度2cos4cos2202121IIIIIIkrrk)(12d1s2sr2r1r0r0PP1sNysin1212dSSrr2212jrr2) 12(12jrr强弱220drjy 2) 12(0

2、drjy3, 2, 1j强弱dry0波动光学总结PPT课件三.干涉条纹的可见度 1 1、振幅比、振幅比 对条纹可见度的影响对条纹可见度的影响2 2、光源宽度、光源宽度 的影响和空间相干性的影响和空间相干性1 1、光源宽度、光源宽度 对条纹可见度的影响对条纹可见度的影响3 3、光源非单色性对条纹可见度的影响、光源非单色性对条纹可见度的影响22121212112)(2AAAAIIIIK2max最最大大光光程程差差：相干长度相干长度光源的临界宽度光源的临界宽度drb 0波动光学总结PPT课件四.分振幅干涉1、平行平板 干涉kIIIIIcos2 2121双双光光束束干干涉涉： 21j 2cos2 j

3、2cos2 22）（暗条纹：亮条纹：nhnh2 增透膜和增反膜反射相干光满足相消干涉条件来减少反射：), 2, 1 , 0()21(22Ljjen膜 n1=1.0n2=1.38n3=1.50波动光学总结PPT课件3.楔形平板干涉 入入手手。分分析析条条纹纹从从决决定定的的，条条纹纹是是由由 hh两条纹间厚度的变化nh2增反膜:利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。 通常是在光学玻璃表面镀上一层折射率n n2 2 nn3 3 的介质薄膜)2 , 1(222Ljjen212222jnhjnh?波动光学总结PPT课件五.典型的双光束干涉系统及其应用 hrR平晶平晶平凸

4、透镜平凸透镜暗环暗环 oo )2(22hnk2)12(k明环暗环22222)(hRhhRRr又又h RRrh22任一厚度e处上下表面反射光的干涉条件1 .牛顿环波动光学总结PPT课件2. 迈克尔逊干涉仪五.典型的双光束干涉系统及其应用2Nd 2G1M2M 2M1GALPSD1EC波动光学总结PPT课件例1.平板玻璃和平凸透镜构成牛顿环,全部浸入n2=1.60的液体中,凸透镜可向上 移动。用波长=500nm的单色光垂直入射。从上往下观察，看到中心是一个暗斑，求凸透镜顶点距平板玻璃的最小距离是多少。解解 22en)21( m(m=0,1,2)中心处: e=eo, m=0n2=1.60n=1.68n

5、=1.58eoe24neo 凸透镜顶点距平板玻璃的距离:=78.1nm波动光学总结PPT课件解： 设暗环半径为 r 21k22ee2Re2eRRr0222 由keRr022解解得得 0e2kRr erR平晶平晶平凸透镜平凸透镜 oe0接上题讨论。若已知透镜的曲率半径R, e0和求：反射光形成的牛顿环的暗环半径。 K为整数，且要求: /e2k0波动光学总结PPT课件例题2 光线以 =300入射到折射率n2=1.25的空气中的薄膜上。当波长1=6400时，反射最大；而当波长2=4000时，反射最小。求薄膜的最小厚度。 解： 由于是空气中的薄膜，一定有半波损失，故由上面两式得: (2m1-1)1=2

6、m2222222112sin21.25242e nne211 11121.25, 0 1,2,.42emm ，用1时，222221121.25(), 0,1,2,.422emm用2时，波动光学总结PPT课件= 6983 即 4(2m1-1)=5m2 于是得要膜厚最小， 取取m1=3，m2=422min222 1.250.25me22221121.25()422em由波动光学总结PPT课件例题3 牛顿环装置由曲率半径(R1和R2)很大的两个透镜组成，设入射光波长为，求明暗环半径。解：由薄膜公式，得212()2mem反明环(m=1,2)暗环(m=0，1,2.)22211222rreeeRR由图可知

7、：eo1o2R2R1e1e2r1221(1/2)mmR RrRR明环半径1221mmR RrRR暗环半径波动光学总结PPT课件 例题例题4 4 把厚度为把厚度为e e、折射率为、折射率为n=1.40n=1.40的透明薄膜插入迈克耳的透明薄膜插入迈克耳逊干涉仪的一臂逊干涉仪的一臂( (一条光路一条光路) )中，中，(1)(1)求光线求光线1 1、2 2光程差和位相光程差和位相差的改变量；差的改变量；(2)(2)若插入薄膜的过程中，观察到若插入薄膜的过程中，观察到7 7条条纹移过，条条纹移过，所用波长所用波长 =5890=5890，求，求薄膜的厚度薄膜的厚度e=?e=?解解 (1) (1) =2(

8、n-1)e ; =2(n-1)e ;(2) en)1(42= 51538)1(27 ne 应由应由: : =2(n-1)e=7 , 得：得：21s1MG1G2M1M2e n波动光学总结PPT课件例5: 一平板玻璃( (n3=1.50) )上有一层透明油膜( (n2=1.25) )，要使波长=6000的光垂直入射无反射，薄膜的最小膜厚e=? 解:凡是求解薄膜问题应先求出两反射光线的光程差。对垂直入射，1=0，于是无反射意味着反射光出现暗纹，所以212()2enmn2=1.25(薄膜的折射率);取e最小，m =0(m=0,1,2,)24en =1200=1.210-7（m）222cosn en3=

9、1.50en2=1.25n1波动光学总结PPT课件1、菲涅耳菲涅耳（Fresnel）衍射衍射 （近场衍射）（近场衍射）2 2、夫琅禾费、夫琅禾费（Fraunhofer）衍射衍射 （远场衍射）（远场衍射）r0 和和 R 中至少有一个是有限值中至少有一个是有限值r0 和和 R 皆为无限大（也可用透镜实现）皆为无限大（也可用透镜实现）*SPr0RB光源障碍物观察屏 衍射衍射分类分类第四章 光的衍射小结波动光学总结PPT课件1 菲涅耳半波带菲涅耳半波带 菲涅耳衍射菲涅耳衍射 kkkmmkaaaaEAPE132111 波动光学总结PPT课件2 . 圆孔的菲涅耳衍射圆孔的菲涅耳衍射)()(2020222r

10、RrrRRhRRkhkh 代入代入20 krrk 得到第得到第k个个波带的半径波带的半径： 00rRRrkRhk 解出被圆孔限制的波面所解出被圆孔限制的波面所能分割出的能分割出的波带总数波带总数k ： 0220011rRRRRrrRkhh 如果用平行光照明圆孔，如果用平行光照明圆孔， R0rkRhk )(20202rRrrhk 波动光学总结PPT课件讨论：讨论： 对对 P 点若点若 S 恰好分成恰好分成 K 个半波带时：个半波带时：)(211kkaaAK 为奇数为奇数)(211kkaaA)(211kkaaA最大最大K 为偶数为偶数最小最小 对对 P 点若点若 S 中中还含有不完整的半波带时还含

11、有不完整的半波带时：)(21)(2111kkkaaAaa光强介于最大光强介于最大和最小之间和最小之间实验证实：实验证实：确定观察点确定观察点P，改变，改变 R，P点的光强发生变化点的光强发生变化确定圆孔半径确定圆孔半径R ，P点在对称轴上移动，光点在对称轴上移动，光强发生变化强发生变化波动光学总结PPT课件3 夫琅和费单缝衍射夫琅和费单缝衍射波动光学总结PPT课件4 夫琅和费园孔衍射夫琅和费园孔衍射波动光学总结PPT课件瑞利判据瑞利判据刚可分辨非相干叠加不可分辨对两个象斑，怎么算可分辨，怎么算不可分辨？有没有定量的标准？1.00.8 对于两个相等光强的非相干物点, 如果其一个象斑的中心恰好落在

12、另一象斑的边缘(第一暗纹处), 则此两物点被认为是刚刚可以分辨。波动光学总结PPT课件= 1ID*S1S20D 22.11 假设按瑞利判据的最小分辨角为D.sin 22111 爱里斑的半角宽为1它就是两个衍射斑的角距离，也就是等于爱里斑的半角宽：波动光学总结PPT课件5 平面衍射光栅平面衍射光栅 0p焦距焦距 f缝平面缝平面 G观察屏观察屏透镜透镜 Ldsin d jd sin（j j = 0, = 0, 1, 1, 2,2,） 正入射正入射光栅方程光栅方程 明纹（主极大）条件：明纹（主极大）条件：波动光学总结PPT课件 sin2 d220sinsinsin NIIp单单单单0I单缝中央主极大光强单缝中央主极大光强单缝衍射因子单缝衍射因子2sin 多光束干涉因子多光束干涉因子2sinsin N光栅光栅( (多缝多缝) )衍射图样衍射图样的主要特征的主要特征: , 2, 1, 0sin jjd， 衍射暗纹位置：衍射暗纹位置：, 3, 2, 1 sin jjb， 干涉明纹（主极大）位置：干涉明纹（主极大）位置： sinb 光栅方程光栅方