高二物理竞赛第十六讲光的干涉、衍射、偏振课件共35张

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光的干涉、衍射、偏振2

光学是研究光的传播以及它和物质相互作用问题的学科。光学通常分为以下三个部分：▲几何光学：以光的直线传播规律为基础，▲波动光学：研究光的电磁性质和传播规律，▲量子光学：以光的量子理论为基础，研究各种成像光学仪器的理论。是干涉、衍射、偏振的理论和应用。物质相互作用的规律。主要研究光与特别3

第三章光的干涉第四章光的衍射第五章光的偏振

波动光学目录4

第三章光的干涉§3.1光源的相干性（Interferenceoflight）§3.2双缝干涉及其他分波面干涉实验§3.3时间相干性§3.4空间相干性§3.5光程§3.6薄膜干涉（一）—等厚条纹§3.7薄膜干涉（二）—等倾条纹§3.8迈克耳孙干涉仪5丰富多彩的干涉现象水膜在白光下白光下的肥皂膜6蝉翅在阳光下蜻蜓翅膀在阳光下白光下的油膜肥皂泡玩过吗?7等倾条纹牛顿环(等厚条纹)测油膜厚度平晶间空气隙干涉条纹8§3.1光源的相干性一.光源（lightsource）光源的最基本发光单元是分子、原子。=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列波列长L=c92.激光光源：受激辐射=(E2-E1)/hE1完全一样E21.普通光源：自发辐射··独立（同一原子先后发的光）独立（不同原子发的光）（传播方向，频率，相位，振动方向）10二.光的相干性

1.两列光波的叠加·P··12r1r2P：12E0E10E20干涉项（只讨论电振动）11

非相干光源：I=I1

+I2—非相干叠加

完全相干光源：▲相长干涉（明）（k=0,1,2…）▲相消干涉（暗）

(k=0,1,2…)12I02-24-44I1衬比度差(V<1)衬比度好(V=1)振幅比，▲决定衬比度的因素：光源的宽度光源的单色性，IImaxImin02-24-4干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）。2.条纹衬比度（对比度，反衬度）(contrast)

133.普通光源获得相干光的途径PS

*分波面法:分振幅法：·P薄膜S*

在P点相干叠加14§2双缝干涉及其他分波面干涉实验

杨(T.Young)在1801年首先发现光的干涉现象，并首次测量了光波的波长。15一.双缝干涉r1r2xdxD0单色光入射d>>，D>>d（d

10-4m，

D

m）波程差：相位差：P·16明纹

暗纹

条纹间距：x0xIxr1r2xdxD0P·17(1)一系列平行的明暗相间的条纹；

(3)中间级次低，两边级次高；明纹：

k

，k=1，2…（整数级）暗纹：

(2k+1)/2（半整数级）(4)

条纹特点：(2)不太大时条纹等间距；白光入射时，0级明纹中心为白色（可用来定0级位置），其余级明纹构成彩带，第2级开始出现重叠（为什么？）（某条纹级次=该条纹相应的

之值）18白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片您能判断0级条纹在哪吗？19白光入射时，0级亮纹为白色（可用来定0级位置），其余级亮纹构成彩带,第二级亮纹就出现重叠。123400.40.760.40.7620例题、双缝干涉实验中，以波长5876A0的光照射双缝时，在距离双缝2.25m处的屏幕上产生间距为0.50mm的干涉条纹。求两缝之间的距离。21二.光强公式若I1=I2

=I0

，则光强曲线k012-1-2I02-24-44I0sin0/d-/d-2/d2/dx0x1x222三、干涉问题分析的要点：(1)相干光是谁(2)计算波程差(光程差)(3)条纹特点(形状、位置、分布、条数、移动等)(4)光强公式、光强曲线23△四.其他分波面干涉实验要求明确以下问题：1.如何获得的相干光；2.明、暗纹条件；

3.干涉条纹特点：4.劳埃镜实验说明了什么？重点搞清劳埃镜实验。形状、间距、级次位置分布；（自学书P186—187）24

劳埃镜的干涉SS’M或处理办法：等效双缝思考：为什么光程差公式中出现了25SS1S2双棱镜

双棱镜的干涉26M1M2S1S2S

双面镜的干涉27杨氏双缝花样双棱镜花样劳埃镜花样28S1S2S***xk=+1k=-2k=+2k=0k=-1I杨氏双缝实验29△

§3.3时间相干性（temporalcoherence）1.相干长度（coherentlength）

2.相干时间（coherentlength）

光的单色性好，相干长度和相干时间就长，时间相干性也就好。30例1、

在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光光源，其波长范围为=100n

m，平均波长为=490nm。试估算从第几级开始条纹变的无法分辨？31△

§3.4空间相干性（spatialcoherence）1.极限宽度当光源宽度b增大到某个宽度b0时，干涉条纹刚好消失：时，才能观察到干涉条纹。2.相干间隔3.相干孔径角32§3.5光程（opticalpath）一.光程真空中：··rab

介质中：··abnr介质─介质中波长─真空中波长33为介质中与路程r相应的光程。这表明，光在介质中传播路程

r─真空中波长传播路程nr

引起的相位差相同。我们称nr由此得到关系：[例2]如图，计算两相干光源通过路程r1

和r2

在P点的相差。（两光源初相都为零）和在真空中34nS1S2r1r2dP·[例3]双缝干涉实验中，S2缝后加一个厚度为d，折射率为n的透明介质。问：

1）中央明纹移向哪个方向？

2）若波长为5500Å，d=5.6m，零级变为第7级，则n=?35二.透镜不会产生附加光程差Sacb··S

物点到象点（亮点）各Facb