第九章波动光学

1、医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅第九章第九章 波动光学波动光学 光光具有波动性具有波动性又具有粒子性又具有粒子性（即波粒二象性）（即波粒二象性）可见光的波长范围：可见光的波长范围：400760nm400760nm医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅1 1光的干涉光的干涉 1 1光的相干条件光的相干条件相位差恒定。相位差恒定。 振动方向相同；振动方向相同；频率相等；频率相等；医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅2 2光程和光程差光程和光程差 光程：光在媒质中传播的几何路程光程：光在媒质中传播的几何路程r和折和折射率射率n的乘积的乘积

2、nr。L=nr或或L=n1r1+ n2r2+ n3r3+ S1S2r1Pr2lr1r2+(n-1)l医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅光程差：两列光波到达相遇点的光光程差：两列光波到达相遇点的光程之差，用程之差，用 表示。表示。=n2r2-n1r1rS2S1P0rlnr+(n-1)lr=(n-1)l医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅光在折射率为光在折射率为n n的媒质中传播的媒质中传播r r距离距离产生的相位与光在真空中传播产生的相位与光在真空中传播nrnr距离距离产生的相位相同。产生的相位相同。nr2r2n（ ）医用物理学医用物理学 数理教研室数理

3、教研室 秦松梅秦松梅(2k-1) k=1,2,3, 暗纹暗纹 22k k=0,1,2, 明纹明纹 2产生明暗干涉条纹的光程差条件产生明暗干涉条纹的光程差条件1122rnrn医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅3 3杨氏双缝实验杨氏双缝实验 Dxr1NdS1S2Pr2O(dn)(2k-1) k=1,2,3, 暗纹暗纹 22k k=0,1,2, 明纹明纹 2 2nd医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅【例例1 1】在双缝干涉实验中，用一块云母薄在双缝干涉实验中，用一块云母薄片盖住上边的一条狭缝，问：片盖住上边的一条狭缝，问：(1)(1)中央明纹向中央明纹向哪

4、个方向移动哪个方向移动( (指向上还是向下指向上还是向下) )；(2)(2)如果中如果中央明纹移动到第七级明纹处，已知云母片的央明纹移动到第七级明纹处，已知云母片的折射率是折射率是1.581.58，入射光的波长是，入射光的波长是550nm550nm，求云母片的厚度。求云母片的厚度。医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅【例例2 2 】 照相机的透镜镀上一层透明薄膜，目的照相机的透镜镀上一层透明薄膜，目的是利用干涉原理来减少表面反射，使更多的光进入是利用干涉原理来减少表面反射，使更多的光进入透镜。常用的镀膜物质是氟化镁，它的折射率透镜。常用的镀膜物质是氟化镁，它的折射率n=1.

5、38n=1.38。如果要使可见光谱中。如果要使可见光谱中=550nm=550nm的光有最的光有最小反射，问膜的最小厚度是多少？小反射，问膜的最小厚度是多少？123n0=1.0n=1.38n1=1.50医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅 2 2光的衍射光的衍射 1.1.光的衍射光的衍射 光能绕过障碍物偏离直线传播方光能绕过障碍物偏离直线传播方向而进入几何阴影区，并在屏幕上出向而进入几何阴影区，并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象称为光的衍现光强不均匀分布的现象称为光的衍射。射。 光的衍射现象光的衍射现象 医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅ESaaESaa

6、(mm)医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅衍射种类衍射种类菲菲 涅涅 尔尔 衍衍 射射缝缝PS 光源、屏与缝相距有限远光源、屏与缝相距有限远夫夫 琅琅 禾禾 费费 衍衍 射射光源、屏与缝相距无限远光源、屏与缝相距无限远缝缝1L2L在实验中实现在实验中实现夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射SRP医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅夫琅和费单缝衍射夫琅和费单缝衍射 ABaL2L1CPP0ES衍射角：衍射角：医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅22kasin22ka) 1(sink=1,2,3, 暗纹暗纹k=1,2,3, 明纹明纹单缝衍射公式单缝衍

7、射公式医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅明暗纹位置明暗纹位置xk= f tg f =fak(暗纹位置暗纹位置)fak212 (明纹位置明纹位置)fxkEL医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅明暗纹位置明暗纹位置xk= f tg f =fak(暗纹位置暗纹位置)fak212 (明纹位置明纹位置)IO-1-2-3+1+2+3医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅IO-1-2-3+1+2+3条纹间距条纹间距fax 中央条纹间距中央条纹间距fax20 0 x x 医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅2.2.光栅衍射光栅衍射

8、 光栅：大量等间距、等宽的狭缝光栅：大量等间距、等宽的狭缝构成的光学器件。构成的光学器件。 缝宽缝宽a刻痕宽刻痕宽b光栅常数光栅常数d=a+b医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅光栅衍射公式光栅衍射公式 dsin =k（k=0,1,2） 明纹明纹 dPP0E医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅缺级现象：若衍射角缺级现象：若衍射角同时满足明纹条件和同时满足明纹条件和单缝衍射暗纹条件，则衍射光栅应出现的干单缝衍射暗纹条件，则衍射光栅应出现的干涉明纹就会由于单缝衍射效应而消失，称为涉明纹就会由于单缝衍射效应而消失，称为缺级现象缺级现象 。kadk(k=1,2,

9、3, )k为整数，为整数，k为整数，故为整数，故d/a应为整数才会发生应为整数才会发生缺级现象。缺级现象。 如如d/a=3，则，则k=3,6,9, 缺级。缺级。 医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅衍射光谱衍射光谱如果用白光照射光栅，除中央明纹仍为白如果用白光照射光栅，除中央明纹仍为白色外，其他各级明纹均为彩色光谱，把由色外，其他各级明纹均为彩色光谱，把由衍射光栅所形成的光谱称为衍射光谱。衍射光栅所形成的光谱称为衍射光谱。医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅【例例】用波长为用波长为600nm600nm的光垂直照射到的光垂直照射到一光栅上一光栅上, ,其第

10、其第6 6级谱线的衍射角是级谱线的衍射角是3030, ,求求(1)(1)求光栅常数；（求光栅常数；（2 2）最多能看到几级）最多能看到几级谱线？谱线？(3)(3)若第若第3 3级为第级为第1 1级缺级，则光栅级缺级，则光栅狭缝宽度为多少狭缝宽度为多少nmnm？ 医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅3 3光的偏振光的偏振 光的光的波动性波动性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射 .光波是光波是横波横波 光的偏振光的偏振 .机械波穿过狭缝机械波穿过狭缝医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅1 1自然光和偏振光自然光和偏振光自然光：所有可能方向上，光矢量自然光：所有可

11、能方向上，光矢量E E的振幅都相等。的振幅都相等。医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅线偏振光：在垂直于光波传播方向线偏振光：在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量只沿一个方向振动的平面内，光矢量只沿一个方向振动的光。的光。cE振动面：传播方向和振动方向构成振动面：传播方向和振动方向构成的平面。的平面。医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅起偏和检偏起偏和检偏起偏起偏：自然光自然光 线偏振光线偏振光 偏振化方向偏振化方向：偏振片让光通过的方向：偏振片让光通过的方向。 二向色性二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振某些物质能吸收某一方向的光振动动 , 而只

12、让与这个方向垂直的光振动通过而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质这种性质称二向色性称二向色性 . 偏振片偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片涂有二向色性材料的透明薄片 . 起起 偏偏021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器起偏器医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅检偏检偏：判断一束光是否是偏振光的这一过程：判断一束光是否是偏振光的这一过程医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅PAI0I012I0cos212马吕斯定律马吕斯定律 一束强度为一束强度为I0的偏振光通过偏振片其强度变为的偏振光通过偏振片其强度变为I I= =I0cos2 。 （为为偏振光振动方向与偏振片偏振化方向的偏振光振动方向与偏振片偏振化方向的夹角）夹角）医用物理学医用物理学 数理教研室数理教研室 秦松梅秦松梅【例例】使自然光通过两个偏振化