光是如何传播的

1、光是如何传播的第1页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一7.1光是直线传播的吗？一光线和光束二光的直线传播三光程与光程差第2页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光线和光束光线:表示光传播途径的几何线。在均匀的各向同性介质中，光线是垂直于波阵面的直线。例如，从点光源发出的光，它的每条光线就是以光源为中心的球的径线；在远离光源的地方，光的波阵面趋于平面，每条光线近似于相互平行的线。第3页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光线和光束光束:光波波面的法线的集合。单心光束（或同心光束）: 由点光源的光构成的光束。实际物体的每一点都

2、发出一个单心光束，经过光学系统后，如果仍保持为单心光束，则这个经光学系统后光束的心叫做光学系统对物点成的像。第4页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一二光的直线传播在同一种各向同性的均匀介质中，光在两点之间总是沿着连接这两点的直线传播的。光的直线传播，是几何光学的基本规律之一。光照射到不透明物体时，在物体后面产生影子，以及小孔成像现象，都是光的直线传播的例证。光的直线传播规律适用的范围是，障碍物或孔的线度（光波的波长）。普通光学仪器，如投影机、照相机、潜望镜、望远镜和显微镜，都是以光的直线传播规律为基础的。第5页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一早

3、在春秋战国时墨经记载了小孔成像的实验：“景，光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下，足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下”。这里“光之人，煦若射”是一句很形象的比喻。“煦”即照射，照射在人身上的光线，就像射箭一样。“下者之人也高；高者之人也下”是说照射在人上部的光线，则成像于下部；而照射在人下部的光线，则成像于上部。直立的人通过小孔成像，投影便成为倒立的。二光的直线传播第6页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三光程与光程差实验测得频率为，波长为的光在真空中的速度为在介质中的速度降为两束光在介质中的路程（波程）r 与波长之比介质的折射率光在介质中的波长光程: 折

4、射率n与光的几何路程r之积 nr。 光程就是光在介质中通过的几何路程,按波数相等折合到真空中的路程。光程差:两束光的光程之差。第7页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一7.2 光的反射和折射一光的反射定律二光的折射定律三海市蜃楼四虹和光的色彩 第8页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光的反射定律公元前2000 年夏初的齐家文化时期已经制造出金属反射镜，作为镜子使用。后来出现了各种平面镜、凹面镜和凸面镜以及“透光镜”。这种透光镜在阳光照射下其背面的图文能映到墙上。春秋早期已用阳燧（凹面镜）来聚光。镜的利用为光的反射的研究创造了良好的条件。 第9页，

5、共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光的反射定律平面镜反射成像墨经中记载：“景迎日，说在转”。说明像投在迎向太阳的一边，是因为日光经过镜子的反射而转变了方向。点光源发射出的发散光照射在平面镜上时，其反射光也是发散光。所有反射光的反向延长线仍交于一点（像点）。由于不是实际光线相交所成的像，所以平面镜所成的像是虚像。第10页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光的反射定律平面镜所成的像与物是以镜面为轴的对称图形.即平面镜是物和像连线的中垂面。平面镜成像的特点：（1）成的是正立等大的虚像；（2）像和物的连线与镜面垂直；（3）像和物到镜的距离相等。第11页

6、，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光的反射定律平面镜组合成像庄子天下篇中记载：“鉴以鉴影，而鉴以有影，两鉴相鉴，则重影无穷”。生动地描述了光线在两镜之间彼此往复反射，形成许许多多像的情景。淮南万毕术记载：“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣”。将两个平面镜如图放置即成潜望镜，用以窥探海面或地面上的活动。 第12页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光的反射定律凸面镜成像的规律墨经中叙述为：“鉴团，景一，说在刑之大”。经说中进一步解释说：“鉴，鉴者近，则所鉴大，景亦大，其远，所鉴小，景亦小，而必正”。它说明物体经凸面镜总成一种缩小而正立的像。例

7、:钥匙经凸面镜反射在另一侧成一正立的虚像。第13页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光的反射定律凹面镜的作用淮南子天文训记载：“阳燧见日则燃而为火”。这说明我国古代已认识到平行光线可会聚于凹面镜的焦点。太阳灶是利用太阳能的主要用具。 第14页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光的反射定律凹面镜成像墨经记载：“鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外、内”。“中” 指焦点和球心之间。物在“中”之内，得到比物体大而正立的虚像;物在“中”之外，得到比物体大而倒立的实像。第15页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光的反射定律约

8、公元前300 多年，古希腊哲学家柏拉图曾讲授过关于光的直线传播以及入射角和反射角相等的知识。欧几里得在反射光学一书中，明确提出了光的直进性，较深入地探讨了反射现象，提出“入射光和出射光分别与法线成相等的角”，并由此出发讨论了平面镜成像，凹、凸面镜成像，还论述了凹面镜焦点的概念。公元8 世纪，阿拉伯科学家阿尔哈曾在光学宝鉴一书中指出：在反射现象中，除反射角等于入射角之外，反射光线必在入射光线与界面法线所确定的平面内。从而完善了反射定律。 第16页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光的反射定律光从一种介质射向另一种介质的交界面时，一部分光返回原来介质中，使光的传播方向发生

9、了改变，这种现象称为光的反射。光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角。简记为：“三线共面，两线分居，两角相等”。入射角反射角第17页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一二光的折射定律最早研究折射现象的是古罗马科学家托勒密。他首次较精确地测量了折射现象中的入射角和折射角，得出折射角正比于入射角的结论。托勒密的折射定律在欧洲流行了1400 多年，直到1611 年，开普勒发表屈光学以后，对折射定律才有新的认识。开普勒指出：托勒密的折射定律在入射角小于30时成立，大于30时不成立。他认为折射角由两部分组成，一部分正

10、比于入射角，另一部分正比于入射角的正割。 第18页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一二光的折射定律1615 年，荷兰数学家斯涅耳精心地进行了折射实验，并用几何作图法结合数学推演，发现光线由空气射向某种介质时，对于任意入射角，它的余割与折射角的余割之比保持相同的值。1637 年，法国科学家笛卡儿在屈光学一书中以运动的小球比喻光，认为当光（小球）由一种介质斜入射到另一介质时，其切向速度分量（平行界面）不发生变化，而法向速度分量（垂直界面）发生变化。笛卡儿得出：在折射现象中，入射角的正弦与折射角正弦之比为一常数。第19页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期

11、一二光的折射定律1662年，费马根据自己提出的费马原理光线在空间两点传播的时间必取最小值，结合几何作图法推导出折射定律确切的表达式。如图，光在折射率为 n1 的介质中入射到介质折射率为 n2 的交界面时，一部分光进入折射率为 n2 的介质中发生折射。光的折射定律:入射角折射角第20页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一二光的折射定律介质的折射率定义：光在真空中的相速度与光在介质中的相速度之比值。 两种介质进行比较时，折射率较大的称为光密介质，折射率较小的称为光疏介质。光在折射率较大的光密介质中的相速度较小，使入射光发生折射的能力越强。 第21页，共110页，2022年，5

12、月20日，17点31分，星期一二光的折射定律全反射如果 n1 n2 且 i2 = 90，ic 称为临界角。当入射角会发生全反射。光纤通信利用的就是全反射。第22页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三海市蜃楼在平静的海面、大江江面、湖面、雪原、沙漠或戈壁等地方，偶尔会在空中出现高大楼台、城廓、树木等幻景，称海市蜃楼。第23页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三海市蜃楼海市蜃楼是一种反常的折射现象。它是光线在垂直方向密度不同的大气层中传播，经过折射造成的结果。因为海水表面蒸发时要消耗热量同时海水温度的升高缓慢，而在冰雪覆盖的地区由于冰雪面能将大部分太

13、阳光反射掉同时冰雪融化时也要消耗大量热量，致使下层的温度变得很低，因此在这些地方最容易出现强烈的逆温现象。光线在这种气温随高度升高因而使空气密度随高度锐减的气层中传播，会向下屈折，远方地平线处的楼宇等的光线经折射进入观测者眼帘，便出现了海市蜃楼。 第24页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一四虹和光的色彩天空中常常会出现的七色彩虹和日晕。为什么光会有不同的颜色呢? 第25页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一四虹和光的色彩1666年，牛顿用三棱镜进行分解太阳光的色散实验。他在窗板上开一个圆形小孔，让太阳光射入，在小孔前放一块三棱镜，在对面墙上看到鲜艳

14、的像彩虹一样的七色彩带，这七种颜色由上到下依次排列为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。难道阳光是由这七种颜色的光组成的吗?第26页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一四虹和光的色彩牛顿想，如果白光是七种颜色光组成的，一块三棱镜能把白光分解，那么再用一块三棱镜也可能使这些彩色的光复原为白光。实验成功了，七色光带又变成了白光。白光一定是这七种颜色的光组成的。三棱镜能分解太阳光是由于各色光相对三棱镜有不同的折射率的结果。牛顿的三棱镜分解太阳光实验的成功为后来的光学研究奠定了基础。第27页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一7.3 光的衍射一光的衍射现象二惠更斯菲

15、涅尔原理三单缝夫琅禾费衍射四助视仪器的分辨本领第28页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一光的衍射现象从17世纪开始发现不完全符合光直线传播的现象。在小孔、狭缝或其他很小障碍物的情况下，由于它限制光波的波阵面，光将偏离直线传播的规律，有光进入影内并且影外的光强分布也不均匀，在光屏上形成明暗相间的圆环或条纹，这就是光的衍射现象。也称为光的绕射。 第29页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一二惠更斯菲涅尔原理1690年惠更斯提出惠更斯原理：波前上的每一点都可以看作是发出球面子波的新的波源，这些子波的包络面就是下一时刻的波前。 第30页，共110页，20

16、22年，5月20日，17点31分，星期一二惠更斯菲涅尔原理1818年，菲涅耳进一步指出：从同一波面上各点发出的子波，在传播到空间某一点时，各个子波之间可以相互叠加。这称为惠更斯菲涅耳原理。菲涅尔还指出：子波在任意一点P处引起的振动振幅A与t时刻波面S上面元的面积成正比，与距离r成反比，并与角有关。角是子波传播方向与面元的法线方向之间的夹角。衍射是由各子波在P点的振幅叠加决定的。 第31页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三单缝夫琅禾费衍射当光源和观察衍射现象的屏离单缝均为无限远或相当于无限远时，入射光和衍射光均为平行光，这种衍射现象称为单缝夫琅禾费衍射。当一束平行光垂直

17、照射宽度可与光的波长相比较的单狭缝时，会绕过缝的边缘向阴影区衍射。实验会发现在屏P上形成衍射条纹。第32页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三单缝夫琅禾费衍射在这种条件下，光屏上光强的分布规律原则上可以用惠更斯-菲涅耳原理计算出来。设缝的宽度为a，即AB=a，屏上P点的光强是通过狭缝的光在与狭缝法线成角方向上衍射光的强度，它等于从缝发出的各个子波在该方向叠加后产生的总作用。注意到透镜不引入光程差，子波源和子波源到达光屏P点的光程差 第33页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三单缝夫琅禾费衍射为避开繁杂的积分运算，菲涅耳创造性地提出了波带法。把宽为

18、a的缝分为许多窄条，每一窄条对应于一个半波长的波带，使得光程差正好等于入射单色光束半波长的整数倍。第34页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三单缝夫琅禾费衍射当衍射角=0时，光程差=0，对应中央明纹。如果k=2，狭缝被分成2个半波带，两个“半波带”上发的光在 P 处反相叠加振幅相消形成暗纹。如果k=3，狭缝被分成3个半波带，在P 处出现明纹。一般地，k为偶数，对应暗条纹； k为奇数，对应明条纹；k=0 对应中央明纹。 第35页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三单缝夫琅禾费衍射衍射图样的特征：中央明纹的宽度两倍于各次最大的明纹的宽度，且绝大部分光

19、能都落在中央明纹上。暗条纹是等间隔的。当入射光为白光时，除中央明区为白色条纹外，两侧为紫到红排列的彩色的衍射光谱。 当波长一定时，a愈小，衍射愈显著。第36页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三单缝夫琅禾费衍射考虑角很小，P点离开中心轴的距离光程差 第一暗纹 位置中央明纹的 宽度透镜的焦距k=2第37页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一单缝宽度 a 变化，中央明纹宽度 如何变化？三单缝夫琅禾费衍射第38页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一入射波长变化，衍射效应如何变化 ?三单缝夫琅禾费衍射越大， 越大，衍射效应越明显。红光

20、=650nm绿光=530nm紫光=420nm第一暗纹的衍射角第39页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三单缝夫琅禾费衍射例7-1一单色平行光垂直照射于一单缝，若其第三条明纹位置正好和波长为600nm的单色光垂直入射时的第二级明纹的位置一样，求前一种单色光的波长。分析：采用比较法:对应于同一观察点，两次衍射的光程差相同。解：由衍射明纹条件有代入得第40页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一四助视仪器的分辨本领望远镜、显微镜等助视光学仪器都是由透镜等光学元件组成的。由于光通过透镜等光学元件要产生衍射现象，任何光学仪器都不可能得到无限放大的完全清晰的像，

21、而有一定的分辨本领。第41页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一1圆孔衍射及瑞利判据无限远处光源经圆孔衍射后形成的衍射花样，是在中央亮斑（叫做艾里斑）外面出现一些明暗交替的同心圆环。光能的84集中在中央亮斑。中央亮斑的大小由第一暗环对应的衍射角决定四助视仪器的分辨本领圆孔的直径 第42页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一如果无限远处有两个点光源，经圆孔衍射后，则形成两个衍射花样。当两个点光源离得较远时，可以完全分辨点光源的像；当两个点光源离得较近时，两个衍射花样叠加，就难以区分了。四助视仪器的分辨本领第43页，共110页，2022年，5月20日，1

22、7点31分，星期一衍射限制了透镜的分辨能力四助视仪器的分辨本领第44页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一四助视仪器的分辨本领英国物理学家瑞利提出：能够区分两点的极限是一个点的衍射图样的中央极大值与另一点的衍射图样的第一极小值重合，这时由两个衍射图样合成后的光强分布曲线仍有两个极大值。上述判据叫做瑞利判据。 第45页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一2眼睛的分辨本领 用眼睛观察远处物体时，视网膜上的像是物体各点发出的光经过瞳孔后产生的衍射图样。设瞳孔的直径是d，光在眼内的波长是 ，根据瑞利判据，眼睛的最小分辨角为 四助视仪器的分辨本领光在真空中的波

23、长 眼内物质的折射率 第46页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一对于远处物体上的两点，如果它们对眼睛的张角大于或等于眼睛的最小分辨角，则能够分辨，否则不能分辨。由于人眼的焦距很小（约20mm），对于明视距离（眼前250mm）处的物体，也可用上式估计其最小分辨角。白天，人眼瞳孔的直径约2mm，折射率可取1.33 。对于绿光，最小分辨角为实验表明，人眼的最小分辨角约为1(=2.910-4rad ),与计算结果基本相符。四助视仪器的分辨本领第47页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一定义：光学仪器的分辨本领q1q最小分辨角提高仪器分辨本领的两种方法：增大

24、孔径，减小波长。光学仪器分辨本领四助视仪器的分辨本领第48页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一波长不可选择但可增大d（射电望远镜 的大天线）3望远镜的分辨本领四助视仪器的分辨本领第49页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一四助视仪器的分辨本领由于望远镜的通光孔径 D 大于人眼的瞳孔 d，所以用望远镜观察远处物体时，提高了对物体的分辨本领，提高的倍数等于D/nd。为了充分利用这个分辨本领，望远镜必须有足够大的放大率。放大率不足（D/nd），望远镜的分辨本领就得不到充分利用；放大率过大（D/nd），并不能提高分辨本领，只是使像的形状放大得更大。第50页

25、，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一世界上最大的射电望远镜建在美国波多黎各岛的 Arecibo直径305m，能够探测射到整个地球表面仅10-12W的功率。也可探测引力波。四助视仪器的分辨本领第51页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一四助视仪器的分辨本领4显微镜的分辨本领显微镜是用来观察近处小物体的，显微镜的分辨本领，通常不用角度，而用刚好能分辨开的物体上两点的最小距离y来表示分母叫做物镜的数值孔径，通常用NA表示。显微镜物镜上一般都标出这个数值，如NA0.1，就表示它的数值孔径是0.1。 物点对物镜张角的一半 第52页，共110页，2022年，5月

26、20日，17点31分，星期一四助视仪器的分辨本领波长越小，物镜的数值孔径越大，可分辨的两点间距离越小，即它的分辨本领越大。为了增大数值孔径，应使物体尽量靠近物镜，张角接近90时，如果物体在空气中，数值孔径NA就等于1，这是最大值。如果用油浸物镜，油的折射率n=1.5，则数值孔径可达1.5，分辨本领也增大到1.5 倍。显微镜的分辨本领比眼睛的分辨本领约大200 倍。显微镜的目镜只能把物镜所成的像进一步放大，但不能增大分辨本领。 第53页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一显微镜观察的红血球四助视仪器的分辨本领第54页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一

27、7.4 光的干涉 一双缝干涉二平面镜反射与半波损失三薄膜干涉 第55页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一7.4 光的干涉英国物理学家托马斯杨在1801 年首先发现:在一定的条件下，两束（或多束）光波相遇时产生的光强分布不等于各束光单独产生的光强之和，而出现明暗相间的现象，称为光的干涉。S1S2S*第56页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一7.4 光的干涉产生干涉的条件:(1)两光波的频率相同；(2)两光波的相位差在可观察的时间内保持不变；(3)两光波的振幅不能相差太大；(4)两光波的振动方向须大体一致。前两个条件是最基本的条件，后两个条件不满足时

28、也能产生干涉现象，但不明显，四个条件都满足时才产生明显的干涉现象。第57页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一光源光源的最基本的发光单元是分子、原子。 一般光源发光频率（波长）不是单一的。例：可见光的波长：光的强度按频率（或波长）的分布H2用作发光的物体光谱：7.4 光的干涉第58页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一光源种类7.4 光的干涉如气体放电管、钠光灯、水银灯、日光灯等。1 线谱光源: 发射的光由分立的频率（亮线、带）组成。H2HgNa第59页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一2 连续谱光源: 发射频率连续变化的光7

29、.4 光的干涉如白炽灯、弧光灯、太阳等热辐射光源。400nm500nm600nm700nm第60页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一原子的发光模型7.4 光的干涉“基态”“激发态”光子第61页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一1、间歇性：各原子发光是断断续续的，平均发光时间t约为10-8秒，所发出的是一段长为 L=ct的光波列。原子发光特点：7.4 光的干涉第62页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一即：不同原子发的光波列是独立的； 同一原子先后发的光波列也是独立的 2 随机性：每次发光是随机的(独立的)， 所发出各波列的振

30、动方向和振动初位相都不相同。7.4 光的干涉第63页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一1) 理想的单色光：具有恒定单一频率的简谐波， 光波列是无限伸展的。 2) 实际原子的发光：是一个有限长的波列， 所以不是严格的单色光，只能说是准单色光:可以认为是在某个中心频率（波长0）附近有一定频率 （波长）范围的光。3 光波列的频谱宽度7.4 光的干涉第64页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一7.4 光的干涉满足相干条件的光源或光波，叫做相干光源或相干光波。一般光源发出的光，它们的初相位是迅速变化的，每一列光波持续的时间不超过 10-8 秒的数量级。每隔

31、10-8 秒左右，就要被另一列新的光波所代替，而两列光波的频率、初相位、振幅和振动面之间并没有固定的联系，而是随机变化的。因此，两个一般光源或同一光源的两部分发出的两束光互相叠加时并不产生干涉现象。第65页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一7.4 光的干涉由一般光源产生相干光波的方法可分为两种：分波面法和分振幅法。分波面法是从同一波源的波面上分出两个或两个以上的部分，使它们继续传播互相叠加而发生干涉。杨氏的双缝干涉属于分波面法。分振幅法是使一束入射光波在两种光学介质的分界面处一部分发生反射，另一部分发生折射，然后使反射波和折射波在继续传播中相遇而发生干涉。牛顿环和薄膜干

32、涉属于分振幅法。第66页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一双缝干涉托马斯杨在1801年的实验方法是让日光通过一个针孔，射到相隔很近的两个针孔上，然后从两个针孔射出的光互相叠加产生了干涉现象。现在用狭缝代替针孔。如果用激光器作光源，则可以不用狭缝 S，直接使激光照射到狭缝 S1 和S2 上，在屏 E 上就可以看到明暗相间的条纹。第67页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一双缝干涉如果从 S1 和 S2 发出的两列光波到达屏上某一点 P 的光程差等于波长的整数倍，两列波到达P点时的相位相同，叠加后互相加强，这里就出现亮条纹；如果光程差等于半波长/2

33、的奇数倍，两列波到达 P 点时相位相反，叠加后互相减弱或抵消，这里就出现暗条纹。第68页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一双缝干涉通常观察屏到双缝距离D远远大于双缝间距d，也远远大于OP间距离x，导致角很小。亮条纹对应亮条纹中心为暗条纹对应暗条纹中心为干涉条纹是等间距分布的。 第69页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一1） 条纹间距 与 的关系如何？ 一定时，一双缝干涉第70页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一 一定时，若 变化，则条纹间距 将怎样变化？2）Dd一双缝干涉第71页，共110页，2022年，5月20日，17

34、点31分，星期一一双缝干涉双缝干涉条纹的特征：(1) 以k=0点的亮条纹中心O对称排列的平行的明暗相间的条纹；(2) 在 角不太大时条纹等间距分布,与干涉级k无关。（3）白光入射时，中央为白色明纹，其它级次出现彩色条纹, 有重叠现象。第72页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一双缝干涉例7-2在双缝干涉实验中，用波长546.1 nm 的单色光照射，双缝与屏的距离D300 mm。测得中央明纹两侧的两个第五级明条纹的间距为12.2 mm，求双缝间距离。分析:双缝干涉在屏上形成的条纹是上下对称等间隔的。如果设两明纹间隔为x，则由中央明纹两侧第五级明纹间距x5x-510 x 可

35、求出x。再由公式xDd 即可求出双缝间距d。解:本题双缝间距：第73页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一二平面镜反射与半波损失1834年爱尔兰物理学家劳埃德提出了更简单的干涉装置。他直接利用一块平面镜从反射光观察到干涉现象。从狭缝S1发出的光，一部分直接射向屏E，另一部分掠射到镜面上，然后反射到屏幕E上。这两束光在阴影区相互叠加，因光程差不同，在屏上可以观察到干涉条纹。 第74页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一二平面镜反射与半波损失劳埃德镜的干涉，相当于光源和它在平面镜中的虚像发出的两束光的干涉，与杨氏双缝干涉类似。劳埃德发现：如果将屏移到与平

36、面镜接触处，则该处N的屏上出现的是暗条纹。而此处到两个狭缝的光程相等，似乎应该出现亮条纹，为什么观察到的却是暗条纹呢？唯一合理的解释：光波经平面镜反射，相位改变了。第75页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一二平面镜反射与半波损失相位改变了，相当于多走了半个波长的光程，因此这种现象叫做半波损失。进一步研究发现，光从光疏介质（折射率较小的介质）射向光密介质（折射率较大的介质）的分界面，在掠射（入射角i90）或正射（i0）时，在反射光中都产生半波损失，而透射光（折射）中不产生半波损失。当光从光密介质射向光疏介质的分界面时，在反射光中也没有半波损失。第76页，共110页，202

37、2年，5月20日，17点31分，星期一三薄膜干涉在日常生活中，常见到在阳光的照射下，肥皂膜、水面上的油膜和蝴蝶翅膀呈现出彩色的花纹。这是一种光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成的干涉现象，称为薄膜干涉。它是通过分振幅方法来获得的一类干涉。实际生活中见到比较多的主要有两种薄膜干涉：一种是薄膜厚度均匀在无限远处形成的条纹；另一种是厚度不均匀薄膜表面上的等厚干涉条纹。 第77页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三薄膜干涉1等倾干涉几束光发生干涉时，光的加强或减弱的条件只决定于光束方向的一种干涉现象称为等倾干涉。例如，光通过两面平行的透明介质薄膜时，从上下表面反射的光产生的干涉

38、就属于这种干涉。薄膜aa1a2n1n2n3第78页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一设薄膜的厚度是d，折射率是n，薄膜周围介质的折射率是n1，光射入薄膜时的入射角是i，在薄膜中的折射角是，透镜的作用是将a、b两束平行光会聚到位于透镜焦平面的观察屏P上使它们相互叠加形成干涉。注意当nn1时在反射光中要考虑半波损失，a、b两束光的光程差 三薄膜干涉第79页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一根据折射定律光程差按干涉条件，当=k时，干涉加强，从反射光中可观察到亮条纹；当=(2k+1)/2 时，干涉减弱，从反射光中可观察到暗条纹。三薄膜干涉第80页，共11

39、0页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三薄膜干涉亮条纹对应暗条纹对应产生明暗条纹的条件只决定于光的入射角或折射角，即光的干涉情况只决定于光的倾角。实际上，光源上每一点都会产生一组等倾干涉条纹，这些条纹互相重合，使干涉条纹更加明亮。第81页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一观察等倾条纹的实验装置三薄膜干涉因为在同一圆锥面上的入射光有相同的入射角，故干涉条纹为同心圆环；第82页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一当薄膜厚度增大时，中央条纹的级次也增大，环纹增多密，连续改变厚度时环心不断冒出环纹，中心处明暗交替；膜的厚度d 减小时，条纹内缩，

40、中心处明暗交替。三薄膜干涉第83页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一2等厚干涉光在厚度不同的薄膜表面发生干涉时，光的加强或减弱的条件只决定于膜的厚度的一种干涉现象称为等厚干涉。观察等厚干涉现象，通常让光线垂直射到薄膜的表面上，（入射角i0）这时由膜的上下表面反射出的两束相干光的光程差n 是膜的折射率，d 是该处膜的厚度。 三薄膜干涉第84页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一折射率为n1的两块玻璃片，一端互相叠合，另一端夹一细金属丝或薄纸片，这时，在两玻璃片之间形成的空气薄膜称为空气劈尖。 空气的折射率n=1d,上式可近似为该处两相干光的光程差为第

41、90页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三薄膜干涉从中心计第k个暗环的半径为第k个亮环的半径为随着级数k增大，干涉条纹变密。从透射光中也可以看到环形的明暗条纹，但明暗条纹的位置与反射光中的相反，它的中心是亮点。第91页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三薄膜干涉4增透膜在各种光学仪器中为了矫正像差或其他原因，常常要用多个透镜。例如，照相机的物镜有的用6 个透镜，透镜的每个界面上都有反射损失，合计起来损失的光能就很多了。为了减小反射损失，利用薄膜的干涉可使透射光增强而反射光减小的特性，采用真空镀膜或化学镀膜的方法，在透镜表面镀上一层透明薄膜，叫增透

42、膜，也叫减反射膜。 第92页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三薄膜干涉膜上方的介质通常是空气（折射率为n1），膜下方的介质通常是玻璃（折射率为n3 ），设膜的折射率为n2 ，且 n1 n2 0的前提下，k 取最小的允许值。 第94页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一三薄膜干涉解1：因干涉的互补性，波长为550nm 的光在透射中得到加强，则在反射中一定减弱，两反射光的光程差由干涉相消条件得取k0，则 dmin99.6 nm。解2：由于空气的折射率n11，且有n1 n2 n3 ，则对透射光而言，两相干光的光程差由干涉加强条件1k，即得与解1相同的结

43、果。第95页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一7.5 光的偏振一自然光与偏振光二偏振光的起偏与检偏 第96页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一自然光与偏振光光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，但不能确定光是横波还是纵波。光的偏振现象表明光的横波性。因为只有横波才有偏振现象。这是横波区别于纵波的一个最明显的标志。第97页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一自然光与偏振光一个原子（或分子）发光每次所发出的波列其光矢量始终沿某一个方向振动，这样的光称为线偏振光。普通光源所发出的光则是由大量原子的持续时间很短的波列组成，这些波列的振动方向和相位是随机变化的。按统计平均来说，光矢量的振动在各个方向上的分布是对称的，振幅也可看作完全相等，这种光称为自然光。第98页，共110页，2022年，5月20日，17点31分，星期一一自然光与偏振光由于各波列的相位和振动方向都是随机分布的，可以把自然光分解为两个相互独