物理光学总复习PPT课件

1、一、基本概念：光的折射率：光强：光速： c = 299 792 458 米/秒可见光范围：390760 nm ( 7.73.9 )1014 Hz)(v rrrcn 2ESI 光的相干条件：基本（必要）条件：同频率、同振动方向、位相差恒定.第1页/共26页补充条件：2212112)AA()AA(V 光程差不能太大： 2 max光源线度受限制： dlbmax 光程：相同时间内，光在介质中走 r，相当于在真空中走 nr.光程差：几何路径介质 n半波损失振幅相差不悬殊：)(2)(21211220rrrnrn 第2页/共26页条纹可见度：minmaxminmaxIIIIV 二、掌握内容：)()( cos

2、VIcosAEEI1240221221 暗暗亮亮 )12(22jj21122 rnrn 暗暗亮亮即即：2)12( jj第3页/共26页1、杨氏干涉：亮纹： drjtgry00 2、等倾、等厚干涉： 暗暗亮亮2)12(222 jjicosnd3、迈克尔逊干涉仪；4、F-P 干涉仪； 5、牛顿环.条纹间隔：;0 dry 时间相干性：空间相干性：;2 L bld 0光谱重合问题：光疏光密 暗暗亮亮2)12( jjsindminmaxminj 第4页/共26页例1: 钠光灯作光源，波长 ，屏与双缝的距离 L=500 mm ,(1) d = 1.2 mm 和 d = 10 mm , 相邻明条纹间距分别为

3、多大？(2) 若相邻明条纹的最小分辨距离为 0.065 mm , 能分辨干涉条纹的双缝间距是多少？m5893. 0解:(1) d = 1.2 mm mm.dLx250211089355004 d =10 mmmm.dLx0300101089355004 (2),mm.x0650 双缝间距 d 为：mm.xLd5406501089355004 第5页/共26页例2: 杨氏双缝实验中，P为屏上第五级亮纹所在位置。现将 一 玻璃片插入光源 发出的光束途中，则P点变为中央 亮条纹的位置，求玻璃片的厚度。1S21SSP解、没插玻璃片之前二光束的光程差为已知: 玻璃m. 60 51.n 512 rr1r2

4、r插玻璃片之后二光束的光程差为 011212 ndrrnddrr 55 .0 dmd 610 第6页/共26页例3: 用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的彩色光谱？解:用白光照射时，除中央明纹为白光外，两侧形成外红内紫的对称彩色光谱.当 k 级红色明纹位置xk红大于k+1级紫色明纹位置x(k+1)紫时，光谱就发生重叠。据前述内容有,dLKxK红红红红 紫紫紫紫 dLKx)K()1(1 紫紫红红紫紫紫紫红红 KKK)1(红 = 7600， 紫 = 4000,代入得:K =1.1表明:白光照射时在中央白色明纹两侧，只有第一级彩色光谱是清晰可辨的.第7页/共26页 玻璃 n1=1.5， 镀

5、MgF2 n2=1.38，放在 空气中，白光垂直射到膜的表面，欲使反射光中=550nm 的成分相消， 求：膜的最小厚度。5 . 13 n38. 12 nh321nnn 相相消消21222 )k(dn 222 ndk24ndk 反射光相消 = 增透 312nnn 思考：若 n2n3 会得到什么结果？为什么望远镜的镜片有的发红，有的发蓝？ 11 n效果最好例4:第8页/共26页例5: 如图所示，在折射率为1.50的平板玻璃表面有一层厚度为300nm，折射率为1.22的均匀透明油膜，用白光垂直射向油膜，问： 1) 哪些波长的可见光在反射光中产生相长干涉? 2) 哪些波长的可见光在透射光中产生相长干涉

6、? 3) 若要使反射光中=550nm的光产生相干涉，油膜的最小厚度为多少?解：(1) 因反射光之间没有半波损失，由垂直入射 i =0，得反射光相长干涉的条件为321 22,k,kdn k/dn22 k =1 时 nm73230022. 121 红光 k =2 时 nm3662/30022. 122 故反射中只有可见光的红光产生相长干涉.紫外 d第9页/共26页(2) 对于透射光，相长条件为： 321 222,k,kdn 1242kdn k =1 时 nm.dn14643002214421 红外 k =2 时 nm.dn488330022143422 青色光 ( 红光的补色 ) k =3 时 n

7、m.dn293530022145423 紫外 (3) 由反射相消干涉条件为 ： , ,k,kdn210 21222 2412nkd 显然 k = 0 所产生对应的厚度最小，即 )(113221455042nm.ndmin 第10页/共26页例6：问：1. 若反射光相消干涉的条件中取 k=1，膜的厚度为多少？2. 此增透膜在可见光范围内有没有增反？已知：用波长 ，照相机镜头n3 =1.5,其上涂一层 n2=1.38 的氟化镁增透膜，光线垂直入射。nm550 21222/)k(dn 解：1. 因为 ，所以反射光经历两次半波损失。反射光相干相消的条件是：11n5 . 13n38. 12nd代入k=1

8、 和 n2 求得：m.nd792109822381410550343 321nnn第11页/共26页11n5 . 13n38. 12nd此膜对反射光相干相长的条件： kdn 22nmk85511 nm.k541222 nmk27533 可见光波长范围 400700nm波长412.5nm的可见光有增反。结果问：2. 此增透膜在可见光范围内有没有增反？第12页/共26页例7：氦氖激光器中的谐振腔反射镜，要求对波长=6328A0的单色光反射率达99%以上，为此在反射镜的玻璃表面上交替镀上 ZnS (n1=2.35)和低折射率材料MgF2 (n2 =1.38)，共十三层，求每层膜的实际厚度？（按最小厚

9、度要求）n1n1n1n2n2n23212211,kk/nd 实际使用光线: 垂直入射，有半波损失。所以nm.|n)k(dk367412111 3212222,kk/nd nm.|n)k(dk6114412122 ZnS的最小厚度MgF的最小厚度第13页/共26页例8：已知：用紫光照射，借助于低倍测量显微镜测得由中心往外数第 k 级明环的半径 , k 级往上数第16 个明环半径 ，平凸透镜的曲率半径R=2.50m,求：紫光的波长？m.rk31003 m.rk3161005 2116216 R)k(rk 解：根据明环半径公式：212 R)k(rk Rrrkk162216 m.).().(72222

10、10045021610031005 第14页/共26页例9：S1M2MAB在迈克耳孙干涉仪的两臂中分别引入 10 厘米长的玻璃管 A、B ，其中一个抽成真空，另一个在充以一个大气压空气的过程中观察到107.2 条条纹移动，所用波长为546nm。求空气的折射率？) 1(222nllnl解：设空气的折射率为 n相邻条纹或说条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个波长，当观察到107.2 条移过时，光程差的改变量满足： 210712.)n( l00029271122107.l.n 迈克耳孙干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数。精度高。第15页/共26页例10：扬氏装置中，若已知波长

11、为589nm在远处的光屏上形成角宽度为 0.020 的暗纹. 若将整个装置浸入水中，求双缝间距和条纹的角宽度.提示：,jsind 空气中：水中：njsind ,d nd 第16页/共26页对切透镜的成像和干涉问题：比累(Billet)剖开透镜提示：胶合对切透镜？?21 SS第17页/共26页 梅斯林( G.Meslin)对切透镜梅斯林对切透镜的特殊情况干涉条纹形状？半圆形干涉条纹形状？半圆形第18页/共26页检查光学平面的缺陷条纹偏向膜（空气）厚部，表示平面上有凸起。“凸” 向厚处偏！平面上有凹坑。“凹” 向薄处偏！第19页/共26页压环外扩：要打磨中央部分压环内缩：要打磨边缘部分牛顿环在光学

12、冷加工中的应用每一圈对应2 厚度差（因为 n=1）第20页/共26页1. 光强分布 t tAAT0222icosnd 其中:(1)(2)(3)(4)GGndA0A0tA0tr2A0tr4A0trA0tr32i1i 21220 sinFAIT 214)( F令: iert tA20 240iert tA iert tA2011,1)1(0 ieA 12t tr法布里 - 珀罗干涉仪 多光束干涉第21页/共26页讨论：,jicosndj. 222i20maxAIT ,jicosndj.2)12(2)12(ii2 20220min111AFAIT 所以：称F 为精细度.)0(0F )0480(0.2

13、F. )270(2F. )640(20F. )870(200F. 3 2 4 5第22页/共26页2 .应用：(1) F-P 滤光膜（干涉滤光片）如果：nd=500nm，白光垂直入射，则透射光，由：,jicosnd 22可见光中只有：500nm 的光可通过!(2) 共焦F-P干涉仪a. 分辨本领比平面型的更高;b. 测量激光谱线的线宽;c. 构成激光谐振腔的一种.M1M2f jnd 2：得得nmj100011 nmj50022 nmj33333 第23页/共26页 21Nj3. 有同一相位差的多光束叠加 iiNNiiiTeeAeeeAA 1110)1(20 222220 sinNsinA*AAIT 222i.icosnd 02 j讨论:主最大最小 N-1个次最大 N-2个N/j 2 Nj )12( 02j 第24页/共26页第一极小 = , 故 j”从1开始 NjNjsin