光学薄膜基础知识学习教案

1、会计学1光学薄膜基础知识光学薄膜基础知识第一页，共121页。2第1页/共120页第二页，共121页。31、光学薄膜的发展、光学薄膜的发展(fzhn)历史历史 人类最早发现的五光十色的肥皂泡； 水面上彩色斑烂的油膜； 两玻璃片间的空气层中常呈现出色彩鲜艳的光环； 所有这些现象早在十七世纪就引起了许多自然科学家的注意，他们各自部提出了一些初步解释，但均不令人满意 ； 1801年托马斯 杨干涉实验结果以及菲涅耳对此进一步发扬光大以后，上述现象才彻底为人们弄清，物理光学的基础才从此建立起来今天我们可以说，整部薄膜光学的物理依据(yj)就是光的干涉。 第2页/共120页第三页，共121页。4第3页/共1

2、20页第四页，共121页。5第4页/共120页第五页，共121页。6第5页/共120页第六页，共121页。7第6页/共120页第七页，共121页。8 20世纪(shj)末21世纪(shj)初光电子技术得到了飞速发展，光学薄膜器件向性能要求和技术难度更高、应用范围和知识领域更广、器件种类和需求数量更多的方向迅速发展； 随着数码相机、数码摄像机、背投电视以及光纤通信的发展，光学薄膜产品需求数量巨大(jd)，特对是对偏振分束膜、消偏振分束膜、超窄带滤光片、超宽带截止滤光片等复杂膜系的要求越来越高；第7页/共120页第八页，共121页。9几乎所有的光学系统、光电系统和光电仪器都离不开光学薄膜的应用，而

3、且到目前为止，也没有(mi yu)发现有别的技术可以取代光学薄膜；第8页/共120页第九页，共121页。10 20世纪末光通信波分复用技术(DWDM滤光片） 今天，新型微结构功能薄膜的出现(chxin)给光学与光电子薄膜技术注入新的生命力新概念、新材料、新设计、新方法、新应用第9页/共120页第十页，共121页。11第10页/共120页第十一页，共121页。12Optical coatings:一般来讲薄膜敷于光学玻璃、塑料(slio)、晶体等基底上；Optical layers:光学薄膜的一个(y )特点是分层结构；Optical thin films：通常(tngchng)意义的光学薄膜；

4、Optical layers:光学薄膜的一个特点是分层结构；第11页/共120页第十二页，共121页。13rtn厚度为波长(bchng)量级n能够产生干涉作用n,drt第12页/共120页第十三页，共121页。14它研究(ynji)的对象是膜层对光的反射、透射、 吸收以及位相特性、偏振效应等；简而言之，它主要研究光在分层媒质中的 传播规律性。第13页/共120页第十四页，共121页。15n 人们(rn men)正是利用这种干涉现象，通过改变材料及其厚度等特性来人为的控制光的干涉，根据需要来实现光能的重新分配。第14页/共120页第十五页，共121页。16光学薄膜在光学系统中的作用光学薄膜在光学

5、系统中的作用(zuyng)：提高光学效率、减少杂光。如高效(o xio)减反射膜、高反射膜。 实现光束的调整或再分配(fnpi)。如分束膜、分色膜、偏振分光膜就是根据不同需要进行能量再分配(fnpi)的光学元件。通过波长的选择性透过提高系统信噪比。如窄带及带通滤光片、长波通、短波通滤光片。实现某些特定功能。如ITO透明导电膜、保护膜等 第15页/共120页第十六页，共121页。17镀膜眼镜幕墙玻璃滤光片ITO膜车灯、冷光镜、舞台灯光(w ti dn un)滤光片光通信领域：DWDM、光纤薄膜器件红外膜投影显示第16页/共120页第十七页，共121页。184、光学 是关于电磁辐射的产生、传播、接

6、收和显示以及(yj)与物质相互作用的应用型科学。第17页/共120页第十八页，共121页。19可用统一的电磁理论处理可用统一的电磁理论处理(chl)各种波长的电磁现象各种波长的电磁现象1 10-10mA可见光：可见光：400700nm第18页/共120页第十九页，共121页。20第19页/共120页第二十页，共121页。21光纤光纤(光导纤维光导纤维(un do xin wi)的基本原理的基本原理第20页/共120页第二十一页，共121页。22 人在水上看到物人在水上看到物体的像，比实际体的像，比实际(shj)物体位置偏上物体位置偏上，感觉水比较浅。，感觉水比较浅。第21页/共120页第二十二

7、页，共121页。23第22页/共120页第二十三页，共121页。24有大气有大气(dq)，看到太阳更早，看到太阳更早没有大气没有大气(dq)，将迟一些看到，将迟一些看到太阳太阳第23页/共120页第二十四页，共121页。25海海光经过不均匀的大气时发生折射光经过不均匀的大气时发生折射(zhsh)，形成的虚像。，形成的虚像。第24页/共120页第二十五页，共121页。26海市蜃楼海市蜃楼(hishshnlu) 第25页/共120页第二十六页，共121页。27第26页/共120页第二十七页，共121页。28只闻其声，不见只闻其声，不见(bjin)其其人人衍射衍射(ynsh)是波特有的是波特有的性质

8、！性质！第27页/共120页第二十八页，共121页。29公元前公元前468376年年 第28页/共120页第二十九页，共121页。30能性。能性。Euclid，公元，公元前前330275年年 第29页/共120页第三十页，共121页。31折入第30页/共120页第三十一页，共121页。32第31页/共120页第三十二页，共121页。33牛顿牛顿 第32页/共120页第三十三页，共121页。345 , 3 , 16 , 4 , 2 , 0为波动光学为波动光学(gungxu)提供了重提供了重要手段要手段第33页/共120页第三十四页，共121页。35播速度比空气中更播速度比空气中更慢）慢）双折射现

9、象双折射现象惠更斯惠更斯 直到直到(zhdo)(zhdo)十八世纪，微粒说十八世纪，微粒说占统治地位占统治地位第34页/共120页第三十五页，共121页。36光是光是“绝对以太绝对以太”中的机械中的机械波波托马斯托马斯杨杨第35页/共120页第三十六页，共121页。37n第36页/共120页第三十七页，共121页。38222210EEct麦克斯韦麦克斯韦DtBEtDjHc0B1887年，赫兹发现了电磁年，赫兹发现了电磁(dinc)波波 电磁电磁(dinc)光学建立光学建立真空真空(zhnkng)中：中：222210BBct00299792458 1c 米秒 1832年年,法拉第猜想法拉第猜想:

10、电电磁作用可能以波的形磁作用可能以波的形式传播，而且光可能式传播，而且光可能就是一种电磁波动就是一种电磁波动 第37页/共120页第三十八页，共121页。39黑体辐射曲线黑体辐射曲线黑体辐射黑体辐射能量随波长分布能量随波长分布1900年，普朗克的量子假说：年，普朗克的量子假说： 某种频率某种频率(pnl)光的能量是光的能量是以某一最小单位产生以某一最小单位产生成功解释了黑体成功解释了黑体(hit)辐射问题，开始了量子辐射问题，开始了量子光学时期光学时期普朗克普朗克第38页/共120页第三十九页，共121页。40光电效应光电效应(un din xio yng)、康普顿效应、康普顿效应光电效应光电

11、效应Ehhp 爱因斯坦爱因斯坦光同时光同时(tngsh)具有波动和微粒两种特性具有波动和微粒两种特性第39页/共120页第四十页，共121页。41光的电磁场描述(mio sh)第40页/共120页第四十一页，共121页。42第41页/共120页第四十二页，共121页。43第42页/共120页第四十三页，共121页。44第43页/共120页第四十四页，共121页。45第44页/共120页第四十五页，共121页。46第45页/共120页第四十六页，共121页。47第46页/共120页第四十七页，共121页。48第47页/共120页第四十八页，共121页。49第48页/共120页第四十九页，共121

12、页。50光的波动(bdng)方程第49页/共120页第五十页，共121页。51第50页/共120页第五十一页，共121页。52第51页/共120页第五十二页，共121页。53第52页/共120页第五十三页，共121页。54第53页/共120页第五十四页，共121页。55第54页/共120页第五十五页，共121页。56第55页/共120页第五十六页，共121页。57第56页/共120页第五十七页，共121页。58振幅(zhnf)频率(pnl)初相位(xingwi)光的电磁波描述表达式振幅、相位、频率和偏振是描述光的四个参量0( , )cos()E r tEt k r 第57页/共120页第五十八

13、页，共121页。59第58页/共120页第五十九页，共121页。60 5、光波、光波(gungb)的偏振性的偏振性Ev0H横波横波(hngb)与偏振：与偏振：纵波纵波振动方向振动方向/传播方向，唯一的传播方向，唯一的横波横波振动方向振动方向 传播方向，不唯一的传播方向，不唯一的结论结论(jiln)：（1 ）只有横波才具有偏振性）只有横波才具有偏振性（2）光是横波也具有偏振性）光是横波也具有偏振性第59页/共120页第六十页，共121页。61二向色性二向色性如墨镜如墨镜,立体电影立体电影(lt din yng),偏偏振显微镜振显微镜 自自然然光光线线偏偏振振偏振片偏振片定义定义(dngy)：具有

14、二向色性材料制成的具有二向色性材料制成的,只允许特定振动方向只允许特定振动方向的光通过的光学器件的光通过的光学器件.-只允许通过某方向的振动只允许通过某方向的振动,而对其垂直方向而对其垂直方向则强烈吸收则强烈吸收.天然材料：少数晶体天然材料：少数晶体(jngt)。例电气石。例电气石,硫酸碘奎宁硫酸碘奎宁应用应用:无光出射第60页/共120页第六十一页，共121页。62自自然然光光线线偏偏振振偏振片偏振片2.1 光的三种光的三种(sn zhn)偏振态偏振态1. 自然光：自然光：光矢量具有各个方向光矢量具有各个方向(fngxing)的振动的振动,且各方向且各方向(fngxing)振动几率振动几率相

15、等相等,彼此独立彼此独立(各振幅相等各振幅相等无固定位相关系无固定位相关系)。几何几何(j h)表示表示:. . . . . .021IIIYX定义定义 : I0021II 出自然光通过偏振片的光强变化自然光通过偏振片的光强变化I 0偏振片转动偏振片转动, 透射光强不变。透射光强不变。19-2 自然光和线偏振光自然光和线偏振光; 马吕斯定律马吕斯定律xIyI0I(由于振动平面的无规则取向由于振动平面的无规则取向,使光矢量具有环绕传播方向的对称性使光矢量具有环绕传播方向的对称性.)产生：产生： 举例：阳光、白炽灯、普通光源举例：阳光、白炽灯、普通光源0/21IIIt出射光强/02IIII入射光强

16、第61页/共120页第六十二页，共121页。63-马吕斯定律马吕斯定律(dngl)2. 线偏振光线偏振光-光矢量只限于一个确定光矢量只限于一个确定(qudng)的振动方向的光的振动方向的光.几何几何(j h)表示表示.线偏振光通过偏振片的光强变化线偏振光通过偏振片的光强变化定义定义:-马吕斯定律马吕斯定律A2 cosA1=a0AI0. .自然光自然光线偏振光线偏振光I2I11P2P1A2A2Aa1A2P1Pa a a a 2021221CosICosII产生：例：自然光经偏振片后的光，液晶显示的光产生：例：自然光经偏振片后的光，液晶显示的光-入射偏振光振动方向与入射偏振光振动方向与p2透振方向

17、的夹角透振方向的夹角a第62页/共120页第六十三页，共121页。64马吕斯定律马吕斯定律(dngl)(dngl)讨论讨论(toln): 1.a, 021/ PP最亮MaxIII122.23,2a21PP 全暗min20II转动转动(zhun dng)偏振片偏振片P2, 可看到光强由最亮变到全暗可看到光强由最亮变到全暗a aa a2021221CosICosII . .自然光自然光线偏振光线偏振光I2I11P2P1A2AP1-起偏器起偏器- 将非偏光变成线偏光的器件将非偏光变成线偏光的器件 起偏器起偏器检偏器检偏器a2A1A2P1PP2-检偏器检偏器检验光的偏振态的器件检验光的偏振态的器件（偏

18、振片、玻璃、尼科耳等）（偏振片、玻璃、尼科耳等）（偏振片、玻璃、尼科耳等）（偏振片、玻璃、尼科耳等）第63页/共120页第六十四页，共121页。65. .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过偏振光通过(tnggu)旋转的检偏器，旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第64页/共120页第六十五页，共121页。66.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过偏振光通过(tnggu)旋转的检偏器，旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第65页/共120页第六十六页，共121页。67.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过偏振

19、光通过(tnggu)旋转的检偏器，旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第66页/共120页第六十七页，共121页。68. .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过偏振光通过(tnggu)旋转的检偏器，旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第67页/共120页第六十八页，共121页。69. . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过偏振光通过(tnggu)旋转的检偏器，旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第68页/共120页第六十九页，共121页。70.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过偏振光通过(tnggu

20、)旋转的检偏器，旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第69页/共120页第七十页，共121页。71. .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过偏振光通过(tnggu)旋转的检偏器，旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化第70页/共120页第七十一页，共121页。72. .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过偏振光通过(tnggu)旋转的检偏器，旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化两偏振片的偏振化方向两偏振片的偏振化方向(fngxing)相互垂直相互垂直 光强为零光强为零第71页/共120页第七十二页，共121页。733、部分偏振光（介

21、于、部分偏振光（介于(ji y)线偏和自然光之间的一种光）线偏和自然光之间的一种光）几何几何(j h)表示表示:定义定义(dngy):通过偏振片的光强通过偏振片的光强E-各方向振动都有且位相独立，但在某个方向的振各方向振动都有且位相独立，但在某个方向的振动占优势动占优势, 关于传播轴成非球对称分布关于传播轴成非球对称分布. . .mxII xMyIII产生：例：偏振片吸收不好产生：例：偏振片吸收不好,透射光为部分偏振光透射光为部分偏振光, 折射光折射光,反射光反射光. .mmMIIIa2cos)(入射光强：入射光强：I0=IM+Imaa22sincosmMPIII透射光强：透射光强：0 min

22、IIMAX自线ICosI212a转动偏振片转动偏振片P2, 可看到光强由最亮变到较暗（不是全暗）可看到光强由最亮变到较暗（不是全暗）第72页/共120页第七十三页，共121页。74透振方向相互透振方向相互(xingh)平行平行第73页/共120页第七十四页，共121页。75透振方向透振方向(fngxing)成成 45 度度第74页/共120页第七十五页，共121页。76透振方向透振方向(fngxing)相互垂相互垂直直第75页/共120页第七十六页，共121页。774、圆偏振光（、圆偏振光（P=1）定义定义(dngy)几何几何(j h)表示表示:只有一个只有一个 其大小不变，方向随其大小不变，

23、方向随t转转,E端点轨端点轨 迹为一个圆。（分左旋、右旋）迹为一个圆。（分左旋、右旋）EEzAxAy时间平均效果时间平均效果Ax，Ay完全相关完全相关圆光圆光(yungung)的产生的产生202/IAIp透射光：2/22/02AAAI入射光：)cos(tAyytAxxcos0AAAyx22022Ayx右旋2左旋2xyA2-同频、同幅、同频、同幅、 二垂直线偏光合成二垂直线偏光合成检偏：检偏：I0IP AA/PA/A 不变偏振片转动光强PI第76页/共120页第七十七页，共121页。782222cos)(xxyAAAaaa2222/2/2/sincoscos2xyxyxyPAAAAAAI干涉：a

24、asincos/xxyyAAAA透射光：220 xyAAI入射光：12222yxAyAx5、椭圆偏振光、椭圆偏振光定义定义(dngy)t时，一个时，一个 ， 大小方向随大小方向随t转，转， 端点轨迹为一端点轨迹为一 个椭圆。个椭圆。EEE几何几何(j h)表示表示:椭圆椭圆(tuyun)光的产生光的产生zAxAy时间平均效果时间平均效果 Ax，Ay完全相关完全相关2同频、不同幅同频、不同幅 的互相垂直的二线偏光合成的互相垂直的二线偏光合成检偏：检偏：I0IPaPxyAyAxAy/Ax/P转动时转动时IP在在Imax和和Imin间变化间变化。mmMIIIa2cos)(第77页/共120页第七十八

25、页，共121页。79反射和折射反射和折射(zhsh)时光的偏振时光的偏振 实验和理论实验和理论(lln)表明：表明：反射光反射光: S 分量分量(fn ling)强度强度较大，较大，折射光折射光: P 分量分量(fn ling)强度强度较大。较大。以任意角度入射以任意角度入射自然光自然光以任意角入射时以任意角入射时, ,反射和折射光一般都为部分偏振光。反射和折射光一般都为部分偏振光。.in1n2rS.P|入射面分量入射面分量分解自然光入射sp/:结论结论: :反射和折射光的偏振性反射和折射光的偏振性1812年布儒斯特经大量实验发现：年布儒斯特经大量实验发现： -反射光的偏振化程度取决于入射角反

26、射光的偏振化程度取决于入射角i，第78页/共120页第七十九页，共121页。80布儒斯特定律布儒斯特定律(dngl)1812-起偏角起偏角iB090 riB证证:12nntgiB布儒斯特定律布儒斯特定律(dngl)BBBCosiSininntgi 12 sin)sin(cossin2022190ninininBBB 证证毕毕折射光反射光自然光自然光以以iB入射入射P分量全部折射分量全部折射(zhsh)-反射光只有反射光只有S分量分量-线偏振线偏振光光.S分量不全反射分量不全反射-折射光有折射光有SP分量分量-部分偏光部分偏光.i0i0n1n2r例：-当光以某特定角当光以某特定角 iB 入射，则

27、入射，则反射光为反射光为振动垂直于入射面的线偏振光。振动垂直于入射面的线偏振光。iBiB. . .（2）布儒斯特定律可测）布儒斯特定律可测n2iB.第79页/共120页第八十页，共121页。81 理论实验理论实验(shyn)表明：反射所获得的线偏光仅占入射表明：反射所获得的线偏光仅占入射自然光总能量的自然光总能量的7.4%，而约占，而约占85%的垂直分量和全部平行的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。分量都折射到玻璃中。 为了为了(wi le)增加折射光的偏振化程度，可采用玻璃片增加折射光的偏振化程度，可采用玻璃片堆的办法。一束自然光以起偏角堆的办法。一束自然光以起偏角0入射到入射到20层平

28、板玻璃上层平板玻璃上，如图：，如图：Bi1.51.51.51.01.01.01.0第80页/共120页第八十一页，共121页。82例题例题3：已知某材料在空气中的布儒斯特角：已知某材料在空气中的布儒斯特角 i0 = 580 ， 求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率 为为 ），求布儒斯特角？该材料对水的相对），求布儒斯特角？该材料对水的相对(xingdu) 折射率是多少？折射率是多少？设该材料设该材料(cilio)的折射率为的折射率为 n ，空气的折射率为，空气的折射率为16 . 1599. 158tan1tan00 ni2 放在水中，则对应放在水中，

29、则对应(duyng)有有2 . 133. 16 . 1tan0 水nni003 .50 i所以：所以：该材料对水的相对折射率为该材料对水的相对折射率为解：解：1第81页/共120页第八十二页，共121页。83光的双折射光的双折射双折射现象双折射现象(xinxing)及规律及规律1.定义定义: 一束光入射各向异性介质一束光入射各向异性介质(jizh) 晶体被折射为两束的现象。晶体被折射为两束的现象。寻常寻常(xnchng)光（光（o光）光）遵从折射定律的光线遵从折射定律的光线非常光（非常光（e光）光） 不遵从折射定律的光线不遵从折射定律的光线演示演示（e光）光） （o光）光）常数常数ooonnn

30、ii 1221sinsin非非常常数数eeennnii 1221sinsin（e光）光） （o光）光）第82页/共120页第八十三页，共121页。84方解石晶体方解石晶体(jngt)的双折射现的双折射现象象第83页/共120页第八十四页，共121页。85光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体(jngt)(jngt)双双折折射射方解石方解石 晶体晶体(jngt)(jngt)光光光光光光光光 光光光光 光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光光 光光光光光光光光光光光光光光光光光光.oeACDB.eo第84页/共120页第八十五页，共121页。862. o.

31、e 光的异同光的异同(ytng) (1) o,e 光皆是线偏振光光皆是线偏振光(2) o,e光的偏振光的偏振(pin zhn)方向不同方向不同(3) o光沿各方向传播的速度光沿各方向传播的速度(sd)相同相同e光沿各方向传播速度不相同光沿各方向传播速度不相同);(eOEE特例)(incvncvncvee0o（e光）光） （o光）光）Vevo第85页/共120页第八十六页，共121页。87几个几个(j )关于晶体的概念关于晶体的概念1.光轴光轴:当光线当光线(gungxin)沿一方向传播时无沿一方向传播时无双双 折射折射.称该方向为晶体的光轴称该方向为晶体的光轴单晶单晶(方解石方解石石英石英(s

32、hyng)）双晶双晶(云母云母硫磺）硫磺）3.主截面主截面:光轴与自然晶面法线所组成的平面光轴与自然晶面法线所组成的平面*。 推论推论:光轴方向光轴方向-n0=ne v0=ve78010200Eo;光主平面eEe/;光主平面2.主平面主平面:折射光与光轴构成的面折射光与光轴构成的面.三线共面三面重合主平面主截面入射面;e;o;光光入射光e0EE*特例特例:当入射光线在主截面内时当入射光线在主截面内时.光轴光轴第86页/共120页第八十七页，共121页。88单晶中单晶中 o, e 光的波阵面光的波阵面 1. O光波光波(gungb)面面:的球面半径以光源为圆心的10tR,2. e光波光波(gun

33、gb)面面:正晶体正晶体光轴光轴vevovevonone*以光轴为对称轴以光轴为对称轴,与与“o”波面相切的旋转波面相切的旋转(xunzhun)椭球面椭球面负晶体负晶体光轴光轴vovevevonone*波面波面e波面波面o主折射率主折射率第87页/共120页第八十八页，共121页。895、 光的干涉光的干涉(gnsh)1 光的光的叠叠加原理加原理(yunl) 光传播的独立性：两列波在某区域相遇后再分光传播的独立性：两列波在某区域相遇后再分开，传播情况开，传播情况(qngkung)(qngkung)与未相遇时相同，互不干与未相遇时相同，互不干扰扰. . 光的叠加性：光的叠加性：在相遇区，任一质点

34、的振动为在相遇区，任一质点的振动为二波单独在该点引起的振动的合成二波单独在该点引起的振动的合成.第88页/共120页第八十九页，共121页。90 频率频率(pnl)(pnl)相同相同、振动方向平行、相位、振动方向平行、相位相同或相位差恒定的两相同或相位差恒定的两列光相遇时，使某些地列光相遇时，使某些地方振动始终加强，而使方振动始终加强，而使另一些地方振动始终减另一些地方振动始终减弱的现象，称为光的干弱的现象，称为光的干涉现象涉现象. .2 光的干涉光的干涉(gnsh)第89页/共120页第九十页，共121页。91 波频率相同，振动方向波频率相同，振动方向(fngxing)(fngxing)相同

35、，位相相同，位相差恒定差恒定 例例 水波水波(shu b)(shu b)干涉干涉 光波干涉光波干涉 某些点振动始终某些点振动始终(shzhng)(shzhng)加强，另一些点振动加强，另一些点振动始终始终(shzhng)(shzhng)减弱或完全抵消减弱或完全抵消. . ( (2) )干涉现象干涉现象满足干涉条件的波称相干波满足干涉条件的波称相干波.( (1) )干涉条件干涉条件第90页/共120页第九十一页，共121页。92波源波源(byun)振动振动)cos(111tAy)cos(222tAy)2cos(1111rtAyP)2cos(2222rtAyP点点P P 的两个的两个(lin )(

36、lin )分分振动振动(3)(3)干涉现象干涉现象(n sh xin (n sh xin xin)xin)的定量讨论的定量讨论1s2sP*1r2r第91页/共120页第九十二页，共121页。93)cos(21tAyyyPPP)2cos()2cos()2sin()2sin(tan122111222111rArArArAcos2212221AAAAA12122rr 定值定值1s2sP*1r2r第92页/共120页第九十三页，共121页。94cos2212221AAAAA合振幅最大合振幅最大当当.3, 2, 1, 02kk 时21maxAAA合振幅最小合振幅最小21minAAA当当12 k位相差位相

37、差(xin ch) (xin ch) 决定了合振幅的大小决定了合振幅的大小. .干涉的位相差条件干涉的位相差条件讨讨 论论第93页/共120页第九十四页，共121页。95位相差位相差(xin ch)(xin ch)2()2(1122rr) 12(22221kkrr加强加强减弱减弱称为波程差称为波程差（波走过的路程之差）（波走过的路程之差）21rr 2221rr则则如果如果 即相干波源即相干波源S1、S2同位相同位相12第94页/共120页第九十五页，共121页。96 将合振幅加强、减弱的条件转化将合振幅加强、减弱的条件转化(zhunhu)(zhunhu)为干涉的波程差条件，则有为干涉的波程差条

38、件，则有当当时（半波长偶数倍）时（半波长偶数倍）合振幅最大合振幅最大krr2121maxAAA当当时（半波长奇数倍）时（半波长奇数倍） 合振幅最小合振幅最小 2) 12(21krr21minAAA干涉的波程差条件干涉的波程差条件第95页/共120页第九十六页，共121页。97ooB实实 验验 装装 置置1s2sspddddxd杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉(gnsh)实验实验rsin12drrr波程差波程差x1r2r dd/tansindx第96页/共120页第九十七页，共121页。98实实 验验 装装 置置ooB1s2ssrx1r2r ddpk dxdr加强加强, 2 , 1 , 0k2) 12(

39、k 减弱减弱第97页/共120页第九十八页，共121页。99(2 1)2xrdkd 相邻相邻(xin ln)(xin ln)明纹（或暗纹明纹（或暗纹）间距）间距dxd(2 1) ,k0,1,2,3.2dxkd 0 1 2 3dxk, kd ， ，干涉干涉(gnsh)相长，相长，明纹明纹干涉干涉(gnsh)相消，相消，暗纹暗纹xrdkd 第98页/共120页第九十九页，共121页。100(1) (1) 一系列平行一系列平行(pngxng)(pngxng)的明暗相的明暗相间条纹；间条纹； (3)(3)条纹条纹(tio wn)特点特点：(2) (2) 条纹条纹(tio wn)(tio wn)等间距；

40、等间距；dxd (4) (4) 中间级次低；且中央条纹中间级次低；且中央条纹 为明条纹。为明条纹。（5） 用用复色光复色光作实验时，作实验时，各明暗条纹的间距并不相同各明暗条纹的间距并不相同。波长较短的单色光，条纹较密；波长较长的单色光。波长较短的单色光，条纹较密；波长较长的单色光，条纹较稀。，条纹较稀。用白光作实验，则只有中央条纹为白色，其两侧形用白光作实验，则只有中央条纹为白色，其两侧形成由紫而红的彩色条纹。成由紫而红的彩色条纹。第99页/共120页第一百页，共121页。101(1) (1) 一定时，若一定时，若 变化变化(binhu), (binhu), 则则 将怎样变化将怎样变化(bi

41、nhu)(binhu)？ dd、xdxd第100页/共120页第一百零一页，共121页。102( (2) ) 一定时一定时, ,条纹间距条纹间距 与与 的关系如何？的关系如何？xd d、dxd第101页/共120页第一百零二页，共121页。103在双缝干涉在双缝干涉(gnsh)实验实验中：中：（1）如何使屏上的干涉条纹间距变宽？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，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屏上的干涉条纹有何变化？（3）若若S1、S2两条缝的宽度不等，条纹有何两条缝的宽度不等，条纹有何 变化？变化？思考题思考题dxd第102页/共1

42、20页第一百零三页，共121页。104例例1 1 用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的彩色彩色(cis)(cis)光谱？光谱？解解: : 用白光照射用白光照射(zhosh)(zhosh)时，时，0 0级明纹为白光级明纹为白光; ;kdxkd红红(1 )(1)kdxkd紫紫当当k k级红明纹位置等于级红明纹位置等于k+1k+1级紫明纹位置时，级紫明纹位置时，光谱光谱(gungp)(gungp)恰好发生重叠。恰好发生重叠。其它级：内紫外红其它级：内紫外红0 1 2 3dxk, kd ， ，第103页/共120页第一百零四页，共121页。105

43、 将将 红红 = 7600， 紫紫 = 4000代入得代入得 k=1.1 紫红)1( kk只有第一级彩色只有第一级彩色(cis)(cis)光谱是清晰可辨的。光谱是清晰可辨的。因为因为 k只能只能(zh nn)取整数，所以应取取整数，所以应取 k=2dkd红(1)dkd紫第104页/共120页第一百零五页，共121页。1066 光学薄膜的基本原理光学薄膜的基本原理光在真空中的速度光在真空中的速度001c光在介质中的速度光在介质中的速度1uncu1uc真空中的波长真空中的波长介质的折射率介质的折射率n介质中的波长介质中的波长第105页/共120页第一百零六页，共121页。107)(2cos1101

44、rTtEE)(2cos2202rTtEE*1sP1r*2s2rn第106页/共120页第一百零七页，共121页。108 波程差波程差 12rrr 相位差相位差 )(2)(212rTtrTt*1sP1r*2s2rnn介质中的波长介质中的波长第107页/共120页第一百零八页，共121页。109)(212rr)(212rnr 物理意义：光程就是光在介质中物理意义：光程就是光在介质中通过通过(tnggu)的几何路程按相位差相的几何路程按相位差相等折合到真空中的路程等折合到真空中的路程.nrr*1sP1r*2s2rn (1)光程光程: 介质介质(jizh)折射率与光的几何路程之积折射率与光的几何路程之积 =nr第108页/共120页第一百零九页，共121页。110(2)(2)光程光程(un chn)(un chn)差差 ( (两两光程光程(un chn)(un chn)之差之差) )12rnr光程差光程差*1sP1r*2s2rn2 相位