中职物理教学课件光学一

第十二章波动光学光的直线传播定律光的独立传播定律

光的折射和反射定律

几何光学：以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中的传播问题。波动光学：干涉衍射偏振以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律。内容：内容：

光和物质的相互作用规律量子光学：以光和物质相互作用时所显示出的粒子性为基础，来研究光的一系列规律。现代光学：反映了光学进一步于各个科技领域的紧密结合。内容：内容：激光、全息摄影、光纤维光学计算机、傅里叶光学红外技术、遥感、遥测等§12-2光源单色光相干光两大类光源：光源：一、光源发光的物体普通光源激光光源普通光源按光源的激发方式分为以下几种：光致发光：

由光激发引起的发光现象热光源：利用热能激发的光源电致发光：由电能直接转换为光能化学发光：

由化学反应引起的发光现象（如白炽灯、弧光灯等）（气体放电管、半导体发光二极管）

原子模型“基态”的电子“激发态”的电子光子=(E2-E1)/hE1E21、普通光源：自发辐射普通光源发光的特点：间歇性随机性=(E2-E1)/hE1E2独立（同一原子不同时刻发的光）独立

（不同原子同一时刻发的光）··2.激光光源：受激辐射=(E2-E0)/hE1E211方向性好单色性好高亮度相干性好E0单色光：具有单一频率的光波称为单色光。谱线宽度光谱曲线二.单色光强度波长光色波长(nm)

频率(Hz)中心波长(nm)

红760~622

660

橙622~597610

黄597~577

570

绿577~492540

青492~470

480

兰470~455

460

紫455~400

430可见光七彩颜色的波长和频率范围复色光：不同频率单色光的混合光称为复色光。三.相干光

1.两列光波的叠加(只讨论电振动)p···12r1r2P:12E0E10E200光是电磁波非相干光源

I=I1

+I2

相干光源

电磁波的强度p···12r1r2—非相干叠加

相长干涉（明）

(k=0,1,2,3…)相消干涉（暗）

(k=0,1,2,3…)干涉图2、干涉条件：频率相同，光矢量振动方向相同，有恒定的相位差。相干光源:同一原子的同一次发光3、干涉现象的光强分布4.普通光源获得相干光的途径pS

*分波面法分振幅法·p薄膜S*§12-3

双缝干涉

（分波阵面法）

一.杨氏实验明条纹位置明条纹位置明条纹位置获得相干光的方法1.分波阵面法（杨氏实验)2.分振幅法（薄膜干涉)•实验现象

设两列光波的波动方程分别为：p···s1s2r1r2•条纹特征的推导由于两列波由同一光束分解出来，因此10=20结论：光干涉问题的关键在于计算波程差。p···s1s2r1r2杨氏双缝波程差：干涉条纹明暗条件：r1r2xPSs1s2DdoM1、干涉条纹在屏幕上的分布屏幕中央（k=0）为中央明纹其中k称为条纹的级数（次）0112233杨氏干涉条纹特征:2、相邻明纹或暗纹的间距：结论：单色光入射时条纹为等间距分布3、条纹位置和波长有关，不同波长的同一级亮条纹位置不同。4、如果用白光照射，则屏上中央出现白色条纹，而两侧则出现彩色条纹，条纹间距与波长成正比，因此紫光的条纹间距要小于红光的条纹间距。432112340在双缝干涉实验中：（1）如何使屏上的干涉条纹间距变宽？（2）将双缝干涉装置由空气中放入水中时，

屏上的干涉条纹有何变化？（3）若S1、S2两条缝的宽度不等，条纹有何

变化？思考（1）若D、d已定，只有，条纹间距

变宽。若已定，只有D↑、d↓（仍然满足d>>)，条纹间距变宽。两相邻明纹（或暗纹）间距n水>n空气实验装置放入水中后条纹间距变小。（2）将双缝干涉装置由空气中放入水中时，屏上的干涉条纹有何变化？（3）两条缝的宽度不等，使两光束的强度不等；虽然干涉条纹中心距不变，但原极小处的强度不再为零，条纹的可见度变差。Io2-24-44I1现：可见度差原：可见度好振幅比

决定可见度的因素：光源的单色性IImaxImino2-24-4二.洛埃德镜（洛埃镜实验结果与杨氏双缝干涉相似）接触处,

屏上O点出现暗条纹

半波损失

有半波损失相当于入射光与反射光之间附加了一个半波长的波程差无半波损失入射光反射光透射光透射光没有半波损失••例题：

杨氏双缝的间距为0.2mm，距离屏幕为1m。（1）若第一到第四明纹距离为7.5mm，求入射光波长。（2）若入射光的波长为6000A，求相邻两明纹的间距。解：r1r2xPs1s2Ddo§12-4光程与光程差则相位差为：Pr1r2n1n2一、光程与光程差初相位为零两束相干光的在两种不同媒质中光程的物理意义：

光程是光在媒质中通过的路程折合到同一时间内在真空中通过的相应路程。光程：干涉条纹的一般条件：对光干涉起决定作用的不是这两束光的几何路程之差，而是两者的光程差。结论：Pr1r2n1n2由光程差计算二、等光程性光程1光程2光程3光程1=光程2=光程3相位差光程……多种介质从物点到像点之间的各条光线等光程

·FABC·FABCF结论：透镜只能改变光的传播方向而不会引起附加光程差三、反射光的相位突变和附加光程差n1n2n3n2n1n3n1<n2<n3无附加光程差n1>n2<n3有附加光程差1212结论：分振幅法实现干涉时须考虑由半波损失引起附加光程差,当介质折射率依次增大或减小时反射光无附加光程差，而