医学物理第十三章波动光学

1、第十三章 波动光学 5侯吉旋东南大学 光强均为的两束相干光发生干涉时在相遇的区域可能 出现的最大光强是 。 能流密度 ( 波的强度 )I: 通过垂直于波传播方向的单位面积的平均能流. 物理意义：光程就是光在介质中通过的几何路程按相位差相等折合到真空中的路程.*P* (1)光程: 介质折射率与光的几何路程之积 = 相位差 干涉加强 干涉减弱 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 .实 验 装 置p一 杨氏双缝干涉实验波程差实 验 装 置p加强 减弱14-1 在双缝干涉实验中，若单色光源S到两缝S1 , S2距离相等，则观察屏上中央明条纹位于图中O处，现将光源S向下移

2、动到图中的S位置，则（ ）（A) 中央明纹向上移动，且条纹间距增大（B) 中央明纹向上移动，且条纹间距不变（C) 中央明纹向下移动，且条纹间距增大（D) 中央明纹向下移动，且条纹间距不变例题 、波长为的平面单色光以角斜入射到缝间距为d的 双缝上，若双缝到屏的距离为D（d）,如下图。 试求：（1）各级明纹的位置；（2）条纹的间距； （3）若使零级明纹移至屏幕O点处，则应在 缝S2处放置一厚度为多少的折射率n的 透明介质薄片。S1S2PODAB解：(1) P点处的光程差为：K级明纹条件：（2）条纹的距离为：（3）设在缝S2处放了厚度为t，折射率为n的透明介质薄片后， 则在点处两光线的光程差为：若使

3、零级条纹回到屏幕中心的O点，则有 ，因而折射率为n的透明介质薄片的厚度为S1S2POD于是，在图示的双缝干涉实验中，若用薄玻璃片(折射率n11.4)覆盖缝S1，用同样厚度的玻璃片(但折射率n21.7)覆盖缝S2，将使原来未放玻璃时屏上的中央明条纹处O变为第五级明纹设单色光波长l480 nm(1nm=109m)，求玻璃片的厚度d(可认为光线垂直穿过玻璃片)解：原来， d = r2r1= 0 2分 d( r2 + n2d d)(r1 + n1dd)5l 3分 (n2n1)d5l 2分 = 8.010-6 m 1分 当光线垂直入射时当 时当 时如图所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两表面反射的

4、两束光发生干涉，若薄膜的厚度为e，并且 n1n2n3，l1为入射光在折射率为n1的媒质中的波长，则两束反射光在相遇点的相位差为 (A) 2pn2e / ( n1 l1) (B)4pn1e / ( n2 l1) + p (C) 4pn2e / ( n1 l1) + p (D) 4pn2e / ( n1 l1) CSM劈尖角一 劈 尖明纹暗纹 用波长为的单色光垂直照射折射率为 n2 的劈尖膜。图中各 部分的折射率的关系是 n1n2n3。观察反射光的干涉条纹， 从劈尖顶向右数第 5 条暗条纹中心所对应的厚度e = 。 两个直径有微小差别的彼此平行的滚柱之间的距离为 L ， 夹在两块平晶的中间，形成空

5、气劈尖，当单色光垂直入 射时，产生等厚干涉条纹，如果滚柱之间的距离L变小， 则在L 范围内干涉条纹的A）数目减少，间距变大。 B）数目不变，间距变小。C）数目增加，间距变小。D）数目减少，间距不变。二 牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成光程差R明纹暗纹rd光程差Rrd暗环半径明环半径夫 琅 禾 费 单 缝 衍 射（衍射角 ：向上为正，向下为负）菲涅耳波带法衍射角干涉相消(暗纹)干涉加强(明纹)（介于明暗之间） 个半波带 个半波带中央明纹中心（ 个半波带）二 光强分布干涉相消（暗纹）干涉加强（明纹） 在单缝的夫琅和费衍射实验中，波长为的单色光垂直入 射到缝宽为 a = 的单缝上，对应于衍射角为

6、30方向，单 缝处的波面可分成的半波带的数目为.故： 在单缝的夫琅和费衍射示意图中所画的各条正入射光线间距 相等，那么光线1 和 3 在屏上P点相遇时的相位差为 ， P点应为 点。P点为暗点暗） 向上平移动 ） 向上平移动 ） 不动 ） 条纹间距变大 在单缝的夫琅和费衍射实验中，若减小缝宽，其他条件不 变，则中央明纹 在单缝的夫琅和费衍射实验中，把单缝垂直透镜光轴稍微 向上平移时,屏上的衍射图样将A ）宽度变小 B ）宽度变大 C ）宽度不变，且中心强度不变 D ）宽度不变，但中心强度变小 如图所示，狭缝的宽度a=0.60mm，透镜焦距 f =0.40m， 有一与狭缝平行的屏放置在透镜焦平面处

7、 。若以单色 可见平行光垂直照射狭缝，则在屏上离点O为x=1.4mm 处的点P，看到的是衍射明条纹，试求：（1）该入射波的波长 ；（2）点P条纹的级数 ； LaxPOf解：（1）单缝衍射中的明纹条件为 可见光波长400nm时，k=4.75；760nm时，k=2.27。k=4，入射光波长为466.7nm，k=3，入射光波长为600nm 。一 光栅 等宽度、等距离的狭缝排列起来的光学元件.衍射角二 光栅衍射条纹的形成光栅常数：光栅常数衍射角b ：透光部分的宽度b ：不透光部分的宽度明纹位置相邻两缝间的光程差： 光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果讨 论 光强分布 用波长为5000的平行单色光垂直照射

8、在一透射光栅上，在 分光计上测得第一级光谱线的衍射角为 。则该光栅 每一毫米上有_条刻痕。振动面 偏振光（线偏振光）符号表示光振动只沿某一固定方向的光 . 起 偏 偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向 .偏振化方向起偏器NM三马吕斯定律（1880 年）检偏器起偏器NM 马吕斯定律选择题 两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过当其中一偏振片慢慢转动180时透射光强度发生的变化为： (A) 光强单调增加 (B) 光强先增加，后又减小至零 (C) 光强先增加，后减小，再增加 (D) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小

9、至零 B 三个偏振片P1，P2与P3堆叠在一起，P1与P3的偏振化方向相互垂直，P2与P1的偏振化方向间的夹角为30强度为I0的自然光垂直入射于偏振片P1，并依次透过偏振片P1、P2与P3，则通过三个偏振片后的光强为 (A) I0 / 4 (B) 3 I0 / 8 (C) 3I0 / 32 (D) I0 / 16 C 一束光是自然光和线偏振光的混和，让它垂直通过 一偏振片。若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得 透射光强最大值是最小值的5倍，那么入射光中自 然光与线偏振光的比值是：A ）1/2 B） 1/5 C ）1/3 D） 2/3 如果两个偏振片堆叠在一起，且偏振化方向之间夹角 为600，光强

10、为I0的自然光垂直入射在偏振片上，则出 射光强为： A）I0/8B）3I08 C）I0/4D）3I041 有三个偏振片叠在一起已知第一个偏振片与第三个偏振片的偏振化方向相互垂直一束光强为I0的自然光垂直入射在偏振片上，已知通过三个偏振片后的光强为I0 / 16求第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向之间的夹角 解：设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向间的夹角为q透过第一个偏振片后的光强 透过第二个偏振片后的光强为I2，由马吕斯定律， I2(I0 /2)cos2q 透过第三个偏振片的光强为I 有一束自然光和线偏振光组成的混合光，当它通过 偏振片时改变偏振片的取向，发现透射光强可以变 化7倍。试求入射光中两种光的光强度各占总入射 光强的比例。解：设入射光的总光强为I0,其中线偏振光的光强为I01,自 然光的光强为I02.在该光束透过偏振片后，其光强由 马吕斯定律可知：当=0时，透射光的光强最大，当=/2时，透射光的光强最小，入射总光强为： I0 =I01+I02 入射面 入射光线和法线所成的平面 . 反射光 部分偏振光，垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动 .光反射与折射时的偏振空气玻璃布儒斯特定