章波动光学节PPT学习教案

1、会计学1迈克耳孙干涉仪实物第1页/共37页迈克耳孙干涉仪实验装置第2页/共37页反射镜 2M21MM 反射镜1M单色光源1G2G光程差d2 的像2M2Md第3页/共37页当 不垂直于 时，可形成劈尖型等厚干涉条纹.1M2M反射镜1M单色光源1G2G反射镜 2M2M第4页/共37页1G2G2M1Md2M干涉条纹移动数目 迈克尔孙干涉仪的主要特性 两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.移动距离1Md2kd移动反射镜 M1第5页/共37页 当 与 之间距离变大时 ，圆形干涉条纹从中心一个个长出, 并向外扩张, 干涉条纹变密; 距离变小时，圆形干涉条纹

2、一个个向中心缩进, 干涉条纹变稀 .2M1M第6页/共37页2M1G2Gd2M1M光程差d2tnd) 1(22插入介质片后光程差光程差变化tn) 1(2ktn )1(2干涉条纹移动数目21nkt介质片厚度tn第7页/共37页缝较大时，光是直线传播的缝很小时，衍射现象明显屏幕 光在传播过程中,绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象,称为光的衍射现象。14 5 光的衍射一 光的衍射现象阴屏幕影第8页/共37页圆孔衍射PH*S指缝衍射剃须刀片衍射第9页/共37页S二 惠更斯 菲涅尔原理SreS：波阵面上面元 (子波波源)： 时刻波阵面 tS*P 惠更斯原理介质中波动传播到的各点，都可看成是发射子波的新

3、波源，在以后的任何时刻，这些子波的包迹就是新的波阵面。 菲涅尔指出 衍射图中的强度分布是因为衍射时， 波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定. P点振动是各子波在此产生的振动的叠加 .第10页/共37页1L2LSRP在实验中实现夫琅禾费衍射问：如何实现夫琅禾费衍射 ？三 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射夫 琅 禾 费 衍 射缝光源、屏与缝相距无限远菲 涅 尔 衍 射缝PS 光源、屏与缝相距有限远第11页/共37页夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射衍射角（衍射角 ：向上为正，向下为负 .）bsinbBC ), 3 , 2 , 1(2kkofLPRABsinbQC菲涅尔半波带法14 6 单缝的夫琅禾费衍

4、射第12页/共37页oPRABQ22sinkb2) 12(sinkb一 半波带法,3,2, 1k1A2AC2/bABb缝长ABoQABRLPC1A2/L,3,2, 1k第13页/共37页), 3 ,2, 1(kkkb22sin干涉相消（）2) 12(sinkb干涉加强（）2sinkb（介于明暗之间）LoPRQAB1A2AC2/sinbBC 2k（ 个半波带）k 个半波带k2 个半波带12 k0sinb中央明纹中心第14页/共37页讨 论sinb22k)2 , 1(k暗纹)2 , 1(k明纹212）（k中央明纹集中大部分能量，明条纹级次越高亮度越弱。全部光线干涉相长一级明纹中心:部分光线干涉相长

5、31二级明纹中心:部分光线干涉相长51（1） 光强分布：中央明纹中心:0sinb23sinb25sinb第15页/共37页（2） 明、暗条纹衍射角:sin0kb中央明纹中心暗纹(21)2kb明纹, 2 , 1k1L2LfbSRPOxxfxtansin第16页/共37页sinIobb2b3bb2b3sin0kb中央明纹中心暗纹(21)2kb明纹, 2 , 1k第17页/共37页中央明纹角宽度：02bb（3） 明、暗条纹角宽度：其余相邻明（或暗）纹：fbPOo第一暗纹（k=1）第一暗纹（k= -1）（等于两第一级暗纹对应的衍射角之和）第18页/共37页（4） 明、暗条纹位置:1L2LfbSRPOx

6、xkfb暗纹212fkb（）明纹x2 , 1kfxtansin第19页/共37页sinIobb2b3bb2b3xfbfbfb2fb2fb3fb3kfb暗纹212fkb（）明纹x2 , 1k第20页/共37页（5） 明、暗条纹线宽度：中央明纹的线宽度：其余相邻明（或暗）纹：flbfbxl2210fbPoO1x第一暗纹第一暗纹（等于两第一级暗纹间的距离）第21页/共37页 一定， 越大， 越大，衍射效应越明显.b1光直线传播0 , 01b 增大， 减小。1b 一定减小， 增大。1b2 ,1b衍射最大barcsin1第一暗纹的衍射角sin0kb中央明纹中心暗纹(21)2kb明纹, 2 , 1k第22

7、页/共37页 单缝宽度b变化，中央明纹宽度如何变化？第23页/共37页越大， 越大，衍射效应越明显.1 入射波长变化，衍射效应如何变化 ?第24页/共37页 讨论：下面单缝衍射图中，各条入射光线间距相等，问：1）光线 1 与 3 在幕上 P 点相遇时, 两光振动的位相差为什么？ 2）P 点是明还是暗？22sinkb 答：1） 1，3光线在P 点相遇时, 两光振动的位相差为 .22） P 点是暗点.b缝长RP13o25135第25页/共37页 例1 一单色平行光垂直入射一单缝，其衍射第三级明纹位置恰好与波长为 600 nm 的单色光垂直入射该缝时衍射的第二级位置重合，试求该单色光的波长.解 2)

8、12(sin11kb2)12(sin22kbnm600, 2, 3221kknm6 .4287600512122121kk第26页/共37页PHL一 圆孔衍射艾里斑dDfd22. 12：艾里斑直径ddfDLP14 7 圆孔衍射 光学仪器分辨本领问: 为什么我们看不清远处的物体呢 ？第27页/共37页第28页/共37页二 瑞利判据 对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的爱里斑中心刚好和另一点光源爱里斑边缘相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨.08 . 0 I第29页/共37页*1s2sf0三 光学仪器的分辨本领2dDfd22. 120D22.10最小分辨角（两光

9、点刚好能分辨）光学仪器分辨率22.110D1,D光学仪器的通光孔径D第30页/共37页D22.10解（1）rad102 . 2402.2mmsl（2）（1）人眼的最小分辨角有多大？ （2）若教室黑板上写有一等于号“”，在什么情况下，距离黑板10m处的学生才不会因为衍射效应，将等于号“”看成减号“”? 例1 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为 而在可见光中，对人眼最敏感的波长为550nm，问mm,3D等号两横线间距不小于 2.2 mm第31页/共37页解 （1）哈勃望远镜的最小分辨角为 rad100 .422.17D 例2 太空望远镜 （1）哈勃太空望远镜是1990年发射升空的天文望远镜 ，它的主

10、透镜直径为 2.4m , 是目前太空中的最大望远镜 . 在大气层外 615km高空绕地运行 , 可观察 130亿光年远的太空深处, 发现了500 亿个星系 . 试计算哈勃望远镜对波长为 800nm 的红外光的最小分辨角.第32页/共37页 （2）人类正在建造新一代太空望远镜韦布，计划于2012年利用欧洲航天局的 “阿丽亚娜5号”火箭发射, 在距离地球150万公里的遥远轨道上运行，以代替将要退役的哈勃望远镜 . 设计中的韦布太空望远镜的主透镜直径至少为 6m , 也可在红外频率下工作，问与哈勃望远镜相比韦布望远镜的分辨率预计可以提高多少倍？5.2DD提高的倍数为DD22. 11解 例 2 太空望远镜第33页/共37页 例3 毫米波雷达发出的波束比常用的雷达波束窄，这使得毫米波雷达不易受到反雷达导弹的袭击. （1）有一毫米波雷达，其圆形天线直径为55cm，发射频率为220GHz的毫米波，计算其波束的角宽度； （2）将此结果与普通船用雷达发射的波束的角宽度进行比较，设船用雷达波长为1.57cm，圆形天线直径为2.33m .解（1）m1036.1Hz10220m/s1033981crad00603.0m1055m1036.144.244.223111D（2）rad0164.044.2222D第34页/共