大学物理课件--波动光学

物理学物理教研室陈亮波动光学物理学物理教研室陈亮1.杨氏双缝干涉、薄膜干涉2.夫琅和费单缝衍射、光栅衍射3.偏振、旋光4.半波损失、光程、自然光、偏振光本章要点物理学物理教研室陈亮11.1光的干涉光是一种电磁波)(cos0urtEE)(cos0urtHH平面电磁波方程可见光的范围Hz103.4~105.7:nm760~400:1414光矢量用矢量表示光矢量,它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用.E电磁波是横波物理学物理教研室陈亮P21相干光s10~10:108t普通光源发光特点：1、原子发光是断续的2、振动方向不同3、振动频率不同普通光源的发光机制hE原子能级及发光跃迁基态激发态nE跃迁自发辐射物理学物理教研室陈亮p1s2ssxoBd1r2rDr杨氏双缝干涉实验DxDd、122rrDxddSinrrr12物理学物理教研室陈亮Dkdx(21)2Dkd暗纹明纹,2,1,0k1,2,k明暗条纹的位置(),.非单色光白光色散同级条纹中紫色靠中央红色靠外边条纹位置与波长的关系：物理学物理教研室陈亮21I4I()dCosxD条纹间距（宽度）：xDd　　单色光各级明、暗条纹宽度相同，不同波长的光条纹宽度不同。条纹亮度：各级明条纹亮度相同。物理学物理教研室陈亮洛埃镜实验1sPM2sdDP'L半波损失：光从光疏媒质（n较小）射向光密媒质（n较大）时，反射光的相位较之入射光的相位跃变了，相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失。折射光没有半波损失。π物理学物理教研室陈亮光程''''22'CnC'CCnrnr:C:C''真空中、介质中、rnr.即光在介质中传播的波程与其在真空中传播的波程产生的相位差相同同一束光在不同的介质中频率不变。物理学物理教研室陈亮光程：nr光程差：δ=n2r2-n1r1本质：把光在媒质中的传播折算成在真空中的传播。相干光产生明、暗条纹的条件：112211221122rnrn2)rnrn(2)rr(2例1：例11-12kk,(2k1)(2k1),2(k0,1,2,3...)　　　或时明条纹或时暗条纹物理学物理教研室陈亮薄膜干涉2nd-2(21)2(k0,1,2,3...)kk加强减弱1n1n2n12nn当时2/考虑半波损失时，附加光程差取均可，符号不同，取值不同，对问题实质无影响.k注意物理学物理教研室陈亮例2：例11-2增透膜123nnn23玻璃23nnd1n2n氟化镁物理学物理教研室陈亮11.2光的衍射衍射现象：只有当波长与障碍物的线度可比拟时，才能观察到明显的衍射现象。惠更斯-菲涅尔原理子波干涉夫琅和费单缝衍射：光源、单缝、屏幕距离无穷远缝宽a、波长λ、焦距f、衍射角φ1L2LfaSRPOx物理学物理教研室陈亮衍射角aofLABsinaPC对称轴上为中央明条纹P点的干涉结果由A、B的光程差BC=aSinφ决定物理学物理教研室陈亮AB分割为两个半波带：oABP半波带法1A2AC2/oPABLC1A2/L半波带：BC上半个波长在AB上对应的部分。AB分割为三个半波带：剩下一个半波带无法抵消，所以P点为明条纹。对应点的光程差为λ/2，所以互相抵消，P点为暗条纹。22aSin23aSin物理学物理教研室陈亮单缝衍射明、暗条纹的条件：aSin(2kaSin2,,(k1,2,3...)1)2k2k当时当暗条纹时明条纹:2ff:aa中央明纹宽度其它明纹宽度x,Sintgf当很小时各级明条纹亮度物理学物理教研室陈亮光栅衍射由许多等宽度、等距离的狭缝排列起来形成的光学元件.PoLf衍射角物理学物理教研室陈亮狭缝宽度：a刻痕宽度：b光栅常数：d=a+b光栅衍射=单缝衍涉+多缝干涉光栅公式（明条纹）（a+b）Sinφ=±kλ(k=0，1，2，3…)缺级现象单缝衍射为暗条纹时，即aSinφ=±k’λ时，干涉出现缺级。即（a+b）/a为整数时，发生缺级。光栅衍射光谱例3：例11-4'kabak物理学物理教研室陈亮光的波动性干涉、衍射。光波是横波偏振、旋光。机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝11.3光的偏振物理学物理教研室陈亮自然光偏振光自然光：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光。自然光以两互相垂直的、互为独立的、振幅相等的光振动表示,并各具有一半的振动能量。符号表示CE注意各光矢量间无固定的相位关系。二互相垂直方向是任选的。物理学物理教研室陈亮完全偏振光（线偏振光）：符号表示部分偏振光：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光。符号表示光振动只沿某一固定方向的光。振动面CE物理学物理教研室陈亮起偏偏振片起偏与检偏二向色性:某些物质能吸收某一方向的光振动,而只让与这个方向垂直的光振动通过。偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片。偏振化方向：偏振片中能让光振动通过的某一特定方向。021I偏振化方向0I起偏器物理学物理教研室陈亮检偏器检偏起偏器物理学物理教研室陈亮马吕斯定律NME0Ecos0EE2020EEII检偏器起偏器0IIE0ENM20cosII物理学物理教研室陈亮例4有两个偏振片,一个用作起偏器,一个用作检偏器.当它们偏振化方向间的夹角为时,一束单色自然光穿过它们,出射光强为;当它们偏振化方向间的夹角为时,另一束单色自然光穿过它们,出射光强为,且.求两束单色自然光的强度之比.30601I2I21II10I20I解：设两束单色自然光的强度分别为和.经过起偏器后光强分别为和.220I210I经过检偏器后30cos22101II60cos22202II21012220cos01cos0363IIII物理学物理教研室陈亮立体电影原理物理学物理教研室陈亮物理学物理教研室陈亮物理学物理教研室陈亮旋光现象振动面发生旋转迎着出射光观察：右旋：顺时针左旋：逆时针对旋光物质：φ=αdd：单位为分米α：旋光率对旋光溶液：φ=cdc:浓度单位为克/厘米3：比旋率（度）与物质性质、光波波长及溶液温度有关旋光计TD][TD][物理学物理教研室陈亮11.4光的吸收朗伯定律α：吸收系数朗伯-比尔定律对溶液：le00l0IIIIlIIlndlIdIdlIdI0ccle0II0IIdl物理学物理教研室陈亮令透射比吸收度消光系数比色计分光光度计光谱分析cl0eIITlogecllogTAlogeAcl物理学物理教研室陈亮干涉：杨氏双缝干涉薄膜干涉、半波损失、光程衍射：夫琅和费单缝衍射光栅公式、半波带、缺级、色散偏振：马吕斯定律、自然光、偏振光旋光：左旋、右旋、比旋率吸收：朗伯-比尔定律、吸收度本章小结物理学物理教研室陈亮11-2、11-11作业物理学物理教研室陈亮电磁波物理学物理教研室陈亮400——450——500——550——600——650——760nm紫蓝绿黄橙红可见光谱物理学物理教研室陈亮条纹位置与波长的关系：物理学物理教研室陈亮r2345234004II光强分布图0dd'2dd'4dd'2dd'4x物理学物理教研室陈亮圆孔衍射单缝衍射PH*S光的衍射现象G*S物理学物理教研室陈亮菲涅尔衍射和夫琅和费衍射夫琅和费衍射光源、屏与缝相距无限远缝1L2L在实验中实现夫琅和费衍射SRP菲涅尔衍射缝PS光源、屏与缝相距有限远物理学物理教研室陈亮sinIobb2b3bb2b3单缝衍射各级条纹亮度物理学物理教研室陈亮sin0I入射光为白光时，不同，不同，按波长分开形成彩色光谱.k一级光谱二级光谱三级光谱白光的衍射光谱ab称为色散现象物理学物理教研室陈亮光谱分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量．物理学物理教研室陈亮连续光谱固体热辐射线光谱原子发光带光谱分子发光按光谱结构分光谱分类物理学物理教研室陈亮按光谱机制分类发射光谱样品光源分光器纪录仪吸收光谱连续光源样品分光器纪录仪II