大学物理课件：第8章 光学-01

1、Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学第 八 章波 动 光 学Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学光我们并不陌生Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学光学的研究内容几何光学： 以光的直线传播规律为基础研究反射、折射、散射及研究各种光学仪器的理论。波动光学： 以光的波动性为基础研究光的传播规律，特别是光的干涉、衍射及偏振的规律。

2、量子光学： 以光的粒子性及近代量子理论为基础研究光与物质相互作用的规律。Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学8-1 相干光 光 程普通光源的发光机制1相干光的产生2光在介质中传播的规律3光程的概念4本节主要内容本节主要内容Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学一、 光 源（发射光波的物体称为光源）引起视觉和感光材料感光的是E 热致发光 电致发光 光致发光 化学发光4000紫7600红m10o10)(A1挨Beiji

3、ng Information Science & Technology University 第八章 波动光学相干光二、光的特性光是频率介于某一范围之内的电磁波。光在真空中的传播速度是一恒量：smc/ 1038ncu n光在介质中的速度 u，介质折射率 n，介质中的波长为 ，真空中的波长为 ，则：具有波动的一般特征，波的重要特征是产生干涉现象。产生干涉现象的条件频率相等振动方向相同位相差恒定Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学薄膜干涉1.频率相同； 2.振动方向相同； 3.恒定的相位差。振幅分割

4、法波阵面分割法三、产生相干光的方法（相干光的获得）SP使方向相同的一束光入射到两介质交界面一部分反射，一部分透射，这两部分光是相干光从同一波振面分出的两部分光杨氏干涉SS1S2Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学四、光程、光程差光程：媒质折射率 n 与光的几何路程 r 之积rnnrL 321 rrr21 nn32211rnrrnLniiirnL1nirrrr 21ni n n nn2112rnr 光程差或 者：21nrr 1sP1r2s2rnBeijing Information Science &am

5、p; Technology University 第八章 波动光学五、相位差与光程差之间的关系相位差 )(2)(221rTtrTt)(212rr)(212rnr n12rnr光程差2)(2cos1101rTtEE)(2cos2202rTtEE1sP1r2s2rnBeijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学2 相位差与光程差的关系：cosEEEEE20102022102明条纹干涉加强, 2 , 1 , 0,kk, 2 , 1 , 0 2k,k暗条纹干涉减弱, 2 , 1 , 0,2) 12(kk, 2 , 1 ,

6、 0 ,) 12(kk讨论讨论Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学真空中波长为 l 的单色光,在折射率为 n 的透明介质中从 A 沿某路径传播到 B ,若 A、B 两点相位差为 3，则此路径 AB的光程为( A ) 1.5( B ) 1.5 n( C ) 3 ( D ) 1.5 /n2例题例题Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学BAAB六、透镜不引起附加的光程差 （物 象之间等光程原理）焦平面焦平面SSS物点 、

7、象点 间所有光线的光程相等SSAB波面上各点到象点 的光线的光程相等S焦平面焦平面ABS非焦点S焦点S焦点即：透镜不引起附加的光程差。SS Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学8-2 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉实验1杨氏双缝干涉分析和讨论2本节主要内容本节主要内容Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学英国物理学家光的波动学说奠基人 杨氏在1801年首先用实验的方法研究了光的干涉现象，为光的波动理论确定了实验基础。托马

8、斯托马斯 杨杨(1773-1829)Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学SS1S2干涉条纹一、杨氏双缝干涉实验中相干光的获得（波阵面分割法）1. 波的相干条件 2. 回顾惠更斯原理频率相同；振动方向相同；恒定的相位差。Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学一、杨氏双缝干涉实验分析r)x1r

9、2rP1s2ssoodd22rr-r12?rdd dxdsin12drrr光程差sintgdxdd Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学dxdr2r, 2 , 1 , 0,) 12(kk二、加强、减弱条件 , 2 , 1 , 0 ,2kkdxdr 加强条件减弱条件 , 2 , 1 , 0 ,kk, 2 , 1 , 0,2) 12(kk加 强减 弱三、明条纹、暗条纹位置x, 2 , 1 , 0,2) 12(kkdd , 2 , 1 , 0 ,kkdd明条纹暗条纹oxBeijing Information

10、Science & Technology University 第八章 波动光学 , 2 , 1 , 0 ,kkddxk中央明条纹（一）明条纹的位置0k00 x1k 1ddx第一级明纹中心的位置ox的其它取值，依次类推k中央明条纹中央明条纹第一级明纹第一级明纹（两个值）（一个值）讨论讨论Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学（二）暗条纹的位置 , 2 , 1 , 0 ,2) 12(kkddxk的其它取值，依次类推k0k第零级暗条纹的中心20ddx对称分布在中央明条纹两侧kx始终有正负两个取值ox中

11、央明条纹中央明条纹第零级暗纹第零级暗纹讨论讨论Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学（三）条纹的间距和宽度（1）相邻明纹间距（2）相邻暗纹间距kddxk2) 12(kddxkkkxxx1ddkkxxx1dd 结论：相邻明纹（暗纹）间距相同x明纹间距 = 暗纹宽度暗纹间距 = 明纹宽度讨论讨论暗纹间距明纹间距Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学（四）条纹间距的变化ddx三个参数发生变化，(明暗)条纹的间距如何变化？问

12、 题：条纹间距 只与 和 有关 xdd 、讨论讨论（1） 一定时，条纹间距 与 的关系如何？dx d、（2） 一定时，条纹间距 与 的关系如何？ dd、x（3） 一定时，条纹间距 与 的关系如何？dxd、Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学（1） 一定时，条纹间距 与 的关系如何？dx d、Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学（2） 一定时，条纹间距 与 的关系如何？ dd、x40007600Beijing In

13、formation Science & Technology University 第八章 波动光学Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学P)二、衍射光栅的示意图foBeijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学 n水水 n空气空气实验装置放入水中后条纹间距变小将双缝干涉装置由空气中放入水中时，屏上的干涉条纹间距有何变化？空气水xxn介质中的波长ddxnddx答：讨论讨论Beijing Information Sci

14、ence & Technology University 第八章 波动光学(A) 传播的路程相等，走过的光程相等 (B) 传播的路程相等，走过的光程不相等 (C) 传播的路程不相等，走过的光程相等 (D) 传播的路程不相等，走过的光程不相等在相同的时间内，一束波长为 的单色光在空气中和在玻璃中真空：ctL 介质：ctntncnutL)()(光在介质中传播的距离讨论讨论Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学如图，S1、S2是两个相干光源，它们到P点的距离分别为r1和r2。路径S1P垂直穿过一块厚度为

15、t1，折射率为n1的介质板，路径S2P垂直穿过厚度为t2，折射率为n2的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条路径的光程差等于 )()( (A)111222tnrtnr) 1() 1( (B)111222tnrtnr)()( (C)111222tnrtnr1122 (D)tntn21SS21rr11 tn22 tnPrtn真空中的光程：介质中的光程：tr tn 整个光程nttr )(例题例题Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学ox中央明纹中央明纹波长为632.8 nm 的激光，垂直照射在间距为1.2 m

16、m的双缝上，双缝到屏幕的距离为500 mm，求两条第4级明纹间的距离。解：kddxk44ddx两条第4 级明纹间距为84ddx3394102 . 110500108 .63242xm101 . 23500 mm，d1.2 mmd210167. 4dddd 第4级明纹第4级明纹44ddx44ddx例题例题Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学解：(1)kddxk141414kkddxxxnm5001414kkxdd(2)mm0 . 3ddx以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m。

17、(1) 纹间距从第一级明纹到同侧的第四级明纹的距离为7.5mm，求单色光的波长；(2)若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离。中央明纹中央明纹xo第4级明纹第1级明纹例题例题Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学 在双缝干涉实验中，用波长为546.1 nm的单色光照射，双缝与屏的距离为300 mm。测得中央明条纹两侧的两个第五级明条纹的间距为12.2mm。求双缝间的距离。)5( ,kkddxk解：中央明纹一侧的第五级明纹的位置为：中央明纹两侧的两个第五级明条纹的间距为：kddxxk22kxdxd

18、k22mm 134. 0例题例题Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学如图，在双缝干涉实验中，若把一厚度为e、折射率为n的薄云母片覆盖在S1缝上，中央明条纹将向 （上、下）移动；覆盖云母片后，两束相干光至原中央明纹O处的光程差为 。(n-1)e 上SS1S2Oe思路：dxdrrddxxddrdd)(12neerr0)12neerrr1r2n移动后的零条纹的位置对应0r0enrr) 1(12例题例题kr 212）（kr(明)(暗)Beijing Information Science & Technology University 第八章 波动光学零级明纹移到原第7级明纹处 解：(1)0.11 m(2) 覆盖云玻璃后，零级明纹应满足 )(12kneerr设不盖玻璃片时，此点为第 k 级明纹，则应有krr12796. 6) 1(enk在双缝干涉实验中，波长550nm的单色平行光垂直入射到缝间距为0.2mm的双缝上，屏到双缝距离为2m。求：(1)中央明纹两侧的两条第10级明纹中心的间距；(2)用一厚度为e0.066mm、折射率为1.58的玻璃片覆盖一缝后，零级明纹将移到原来的第几级明纹处？kddxxk220kenrr) 1(12例题例题Beijing Information Sc