光学.

光学第十二章本章内容11-0教学基本要求basicrequirementofteaching11-1相干光coherentlight11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜Young'sdouble-slitexperimentandLloydmirror11-3光程薄膜干涉opticalpathandfilminterference11-4劈尖牛顿环WedgeandNewtonring11-5迈克耳孙干涉仪Michelsoninterferometer11-6光的衍射opticaldiffraction本章内容11–7单缝衍射singleslitdiffraction11-9衍射光栅gratingdiffraction11-8圆孔衍射光学仪器的分辨本领circularholediffractionandresolvingpowerofopticalinstrument11-10光的偏振性马吕斯定律polarizationoflightandMaluslaw11-11反射光和折射光的偏振polarizationofreflectionandrefractedlight11-12双折射birefringence光的干涉一理解相干光的条件及获得相干光的方法.二掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变.11-0教学基本要求三能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置.四了解迈克耳孙干涉仪的工作原理.二了解用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响.光的衍射一了解惠更斯－菲涅耳原理及它对光的衍射现象的定性解释.三理解光栅衍射公式,会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响.11-0教学基本要求光的偏振一理解自然光与偏振光的区别.二理解布儒斯特定律和马吕斯定律.三了解双折射现象.四了解线偏振光的获得方法和检验方法.11-0教学基本要求1微粒说与波动说之争牛顿的微粒说：光是由光源发出的微粒流。惠更斯的波动说：光是一种波动。11-1相干光一光是一种电磁波2光的电磁本性1801年，英国物理学家托马斯·杨首先利用双缝实验观察到了光的干涉条纹，从实验上证实了光的波动性。1865年，英国物理学家麦克斯韦从他的电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光就是一种电磁波。11-1相干光可见光的波长范围：400nm～760nm电磁波谱nm/Hz/Hz/m/11-1相干光平面电磁波方程)(cos0urtEE)(cos0urtHH光矢量E矢量能引起人眼视觉和底片感光，叫做光矢量.001c真空中的光速11-1相干光二相干光1普通光源的发光机制hE原子能级及发光跃迁基态激发态nE11-1相干光原子模型：“基态”“激发态”光子普通光源发光的两个特点：随机性：每次发光是随机的，所发出各波列的振动方向和振动初相位都不相同。间歇性：各原子发光是断断续续的，平均发光时间t约为10-8s，所发出的是一段长为L=ct的光波列。tcL11-1相干光波阵面分割法*光源1s2s2相干光的产生振幅分割法11-1相干光11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜一杨氏双缝干涉实验实验动画示意ooB1s2sspdd’r’dxdsin12drrr波程差x1r2r'dd’dx/tansin11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜理论分析实验装置ooB1s2ssrx1r2r’ddpk’dxdr加强,2,1,0k2)12(k减弱11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜2)12(kdd’暗纹ddk’x明纹,2,1,0kpooB1s2ssrx1r2r’dd11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜讨论条纹间距)1(kddx’明、暗条纹的位置白光照射时，出现彩色条纹2)12(kdd’暗纹ddk’x明纹,2,1,0k11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜(1)一定时，若变化,则将怎样变化？’dd、x11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜(2)一定时,与的关系如何？xd’d、11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜例1在杨氏双缝干涉实验中，用波长=589.3nm的纳灯作光源，屏幕距双缝的距离d’=800mm，问：(1)当双缝间距１mm时，两相邻明条纹中心间距是多少？(2)假设双缝间距10mm，两相邻明条纹中心间距又是多少？11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜mm0.47ddx’解(1)d=1mm时(2)d=10mm时mm0.047ddx’已知=589.3nmd’=800mm求(1)d=1mm时(2)d=10mm时?x?x11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜例2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.(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5mm，求单色光的波长；(2)若入射光的波长为600nm,中央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜解(1)(2),2,1,0,kkλddx’k141414Δkkddxxx’nm500'1414kkxddλmm5121.λddx’’已知求(1)?λ(2)mm5714.xnm600λ?’xmm20.dm1’d11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜二缝宽对干涉条纹的影响空间相干性实验观察到，随缝宽的增大，干涉条纹变模糊，最后消失．空间相干性11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜三劳埃德镜半波损失：光由光速较大的介质射向光速较小的介质时，反射光位相突变.π11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜实验动画示意11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜四菲涅尔双面镜实验动画示意例2如图离湖面h=0.5m处有一电磁波接收器位于C，当一射电星从地平面渐渐升起时，接收器断续地检测到一系列极大值.已知射电星所发射的电磁波的波长为20.0cm,求第一次测到极大值时，射电星的方位与湖面所成角度.AChB21211-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜解计算波程差BCACr22)2cos1(ACsinhAC2)2cos1(sinhr极大时krAChB21211-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜AChB212hk4)12(sinh4arcsin1745m504m10020arcsin21...-1k取注意2/考虑半波损失时，附加波程差取均可，符号不同，k取值不同，对问题实质无影响.11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜一光程光在真空中的速度001c光在介质中的速度1uncu1'uc真空中的波长介质的折射率n'介质中的波长11-3光程薄膜干涉*1sP1r*2s2rnn'介质中的波长波程差12rrr相位差)(π2)'(π212rTtrTt)'(π212rr)(π212rnr11-3光程薄膜干涉*1sP1r*2s2rn物理意义：光在介质中通过的几何路程折算到真空中的路程.nrr'介质折射率与光的几何路程之积=nr(1)光程11-3光程薄膜干涉(2)光程差(两光程之差)12rnrΔ光程差λ2πΔΔ相位差*1sP1r*2s2rn11-3光程薄膜干涉干涉加强,2,1,0,kkΔ,2,1,0π2,kk干涉减弱,2,1,0,2)12(kkΔ,2,1,0,π)12(kk11-3光程薄膜干涉FABo二透镜不引起附加的光程差'FAB焦平面11-3光程薄膜干涉等厚条纹——同一条纹反映膜的同一厚度。日常见到的薄膜干涉例子：肥皂泡，雨天地上的油膜，昆虫翅膀上的彩色------。薄膜干涉有两种条纹：等倾条纹——同一条纹反映入射光的同一倾角。薄膜干涉的复杂性12-3薄膜干涉P1n1n2n1M2MdLADCD12sinsinnni12nniDC34E5A1B212-3薄膜干涉12-3-1等倾干涉ADnBCABn1232)(2ADnBCABnΔ1232)(γdBCABcosidsintan22iACADsinP1n1n2n1M2MdLiDC34E5A1B212nn12-3薄膜干涉2cos22sin1cos222232dnnd2sin222122rinndΔ反射光的光程差rΔk加强),2,1(k2)12(k减弱),2,1,0(kP1n1n2n1M2MdLiDC34E5A1B212nn12-3薄膜干涉P1n1n2n1M2MdLiDC34E5A1B212nninnd22122tsin2透射光的光程差根据具体情况而定2/sin222122rinnd注意：透射光和反射光干涉具有互补性，符合能量守恒定律.12-3薄膜干涉当光线垂直入射时0i222rdnΔ2r2dnΔ1n1n2n1n3n2n12nn当时123nnn当时12-3薄膜干涉实验动画示意12-3薄膜干涉增透膜和增反膜12-3薄膜干涉增透膜-----利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。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。例4用波长为550nm的黄绿光照射到一肥皂膜上，沿与膜面成60°角的方向观察到膜面最亮。已知肥皂膜折射率为1.33，求此膜至少是多厚？若改为垂直观察，求能够使此膜最亮的光波长。解：空气折射率n1≈1，肥皂膜折射率n2=1.33。i=30°kinnd2sin222122反射光加强条件：innkd22122sin22解得：12-3薄膜干涉肥皂膜的最小厚度（k=1）innd22122sin4m1022.130sin133.14m1055072229垂直入射：kdn2222122kdn红不可见光1nm0.6491k2nm3.2162k12-3薄膜干涉例5平面单色光垂直照射在厚度均匀的油膜上，油膜覆盖在玻璃板上。所用光源波长可以连续变化，观察到500nm与700nm两波长的光在反射中消失。油膜的折射率为1.30，玻璃折射率为1.50，求油膜的厚度。解：2)12(211kdn2]1)1(2[221kdn2)12(2)12(21kk3kmm41073.6d12-3薄膜干涉夹角很小的两个平面所构成的薄膜rad~101054：平行单色光垂直照射劈尖上，上、下表面的反射光将产生干涉，厚度为e处，两相干光的光程差为2λ2ne一劈尖12-3-2等厚干涉1n1nnd,2,1,kk明纹,1,0,2)12(kk暗纹22nd实验动画示意12-3-2等厚干涉讨论12-3-2等厚干涉dkd1kdl(2)相邻明纹（暗纹）间的厚度差ndddkk21(3)条纹间距nl2LnlD2LDD2(1)棱边处0d为暗纹.(4)干涉条纹的移动实验动画示意12-3-2等厚干涉例有一玻璃劈尖，夹角=810-6rad，放在空气中。波长=0.589m的单色光垂直入射时，测得相邻干涉条纹的宽度为l=2.4mm，求玻璃的折射率。解：nlld2ln253.1104.210821089.5357nldnd212-3-2等厚干涉例波长为680nm的平行光照射到L=12cm长的两块玻璃片上，两玻璃片的一边相互接触，另一边被厚度Ｄ=0.048mm的纸片隔开.试问在这12cm长度内会呈现多少条暗条纹？解,2,1,02)12(22kkd12-3-2等厚干涉2.1412Dkm2)12(22mkD