第10章波动光学101-107

波动光学

第11章第十章波动光学§11.1

光源发光机理杨氏双缝干涉§11.2相位差和光程*§11.3厚度均匀薄膜干涉—等倾干涉§11.4厚度不均匀薄膜干涉—等厚干涉§11.5

单缝衍射和半波带法§11.6

圆孔衍射和光学仪器的分辨率§11.7

光栅和光栅衍射§11.8

光的偏振光是电磁波。可见光波长波动光学研究光的干涉、衍射和偏振现象。1§11.1

光源发光机理杨氏双缝干涉1.光源发光机理光源中许多原子、分子能级跃迁各自独立，产生的光波在频率、振动方向、位相上各不相同，故两个独立光源产生的光不会发生干涉现象。2两列光波频率相同、振动方向相同、位相差恒定。2.相干光条件：一.

光源发光机理3.获得相干光的方法原则：将同一波列的光分成两束，经不同路径后相遇，产生干涉。（1）分波面法洛埃镜干涉典型代表双缝干涉。双缝干涉pS

*3（2）分振幅法透明薄膜典型代表薄膜干涉4二.杨氏双缝干涉1.实验仪器：4doS屏上出现与缝平行的明暗相间条纹2.现象：4oS屏上为什么出现明暗相间条纹？d1）S1,S2发出的是相干光2）S1,S2发出的两列相干光在屏幕上相遇，明纹是相干加强的区域，暗纹是相干减弱的区域。屏上哪些区域是明纹，哪些区域是暗纹？P干涉条件：4oS

明纹

暗纹dP明暗条纹在屏幕上的分布o5x明纹暗纹xdDδoK为级数K=0,+1,-1明纹的坐标？K=0,+1,-1暗纹的坐标？6因此相邻两明纹（或暗纹）间距讨论：与无关，平行等间距条纹.A.B.C.D.6xdDo白光照出彩条。7A.

把一条缝加宽，条纹如何变化？若d不变，则条纹位置不变。B.

若把S向上移，条纹如何变化？104.光源对干涉条纹的影响（1）时间相干性光波单色性愈好，相干长度愈长，时间相干性愈好，越容易发生干涉。11光源辐射出一列光波的时间越长，则光波的长度越长，就容易发生干涉，这种与波列持续时间有关的相干性叫时间相干性。（2）空间相干性设光源线度b较大，各点发出的光干涉条纹错开互相叠加，使条纹对比度降低或不清晰。光源线度愈小，干涉条纹愈清晰，空间相干性愈好。1212例题11.1单色光垂直入射到相距0.4mm的双缝上，双缝与光屏相距2.0m，求：（1）、测的第一级明纹到同侧第四级明纹的距离为7.5*10-3m，计算入射光的波长（2）、若入射光的波长为4.0*10-7m，计算相邻明纹距离xx4x1D1、实验装置3三.

半波损失的实验验证洛埃镜干涉相当于杨氏双缝干涉?洛埃镜干涉暗点（半波损失）

32、实验现象光由空气射向玻璃，反射光位相产生了突变相当于光程改变了33、结论：当光从光疏介质射向光密介质时，反射光产生相位突变，存在半波损失。光从光密介质射向光疏介质时，不存在半波损失。注意：折射率大为光密介质，折射率小为光疏介质。如果两束光发生了偶数次半波损失，那么半波损失对干涉不影响。如果两束光发生了奇数次半波损失，那么只需要在两束光路程差中加上（减去）。3例题11.2：如图，S1到平面镜的垂直距离h=2.0*10-3m，S1到光屏的距离为D=0.5m，从S1发出光的波长为7.2*10-7m，光屏与平面镜右端相接触，求光屏上离接触点最近的一条明纹到接触点的距离。Dh§11.2

相位差和光程131.两束光在相遇处点位相差两列光波在某点相遇的位相差有以下3种因素构成波源处的位相差由于传播路程不同引起的差异半波损失。132.光程和费马原理假设光波在折射率为n的介质中传播，光波传播的几何路径为，则光波在介质中的光程为光程1）

光程2）

费马原理光在两点之间是沿光程为最小的路径传播。光波在介质中经过距离L的传播，位相滞后3.

透镜物像之间等光程透镜物像之间等光程还包含以下含义。由费马原理,透镜物像之间等光程。SS1透镜的一些概念:焦点,焦距，主轴,焦平面亮点abcd例11.3如图11.5所示，波长为500nm的光垂直通过两块紧贴在一起的平行介质板，折射率n1=1.3，n2=1.5，厚度e1=2.0*10-6m,e2=3.0*10-6m,求光通过两块介质后的相位滞后。14例11.4如图11.6所示，两条平行的相干光经透镜会聚到焦平面上P点。直线N垂直于光线，与两光线交点分别为A和B。已知光线1在A点的相位为3π/2，光线2在B点的相位为π/2。说明P点的干涉情况。例11.5如图，在双缝干涉实验中，用一云母片遮住其中一条缝，光屏上原来是第七级明纹位置成为遮住后的中央明纹位置。已知：解：求：云母片厚度光程差改变r2r1*§5

薄膜干涉131.实现光的干涉的分振幅法14光程差加强减弱2.干涉条件§6劈尖干涉两反射光中一条有半波损失，则很小明纹暗纹同一级条纹对应同一膜厚故称等厚条纹或等厚干涉。等厚干涉纸空气劈尖玻璃21明纹暗纹1、等厚干涉光线垂直入射两相邻明纹（或暗纹）对应的膜厚度差两相邻明纹（或暗纹）对应的条纹间距22动画动画暗纹例题11.8例题11.8在两块玻璃板夹一细金属丝形成一空气劈尖，金属丝与棱边的距离L=2.888*10-2m。用波长λ=589.3nm的钠黄光垂直照射，测得30条明纹的总距离为4.295*10-3m。求出金属丝的直径D。2、牛顿环（光线垂直入射）明暗相间圆环，边缘密。空气薄膜条纹半径暗环明环（3）反射光干涉K=0中央暗点；注意：（1）条纹半径越大，级数k越高。（2）环内疏外密。动画动画ek薄膜厚度越大，级数越高暗明例题11.9用波长λ=589.3nm钠黄光做牛顿环实验，测得k级暗纹半径为4.0*10-3m，k+5级暗纹半径为6.0*10-3m，求透镜的曲率半径R和k的值。例题11.10如图11.13所示，用彼此以凸面紧贴的两个平凸透镜做牛顿环实验。两个平凸透镜的曲率半径分别为R1、R2，照射光的波长为λ。求第k级暗环半径。3.增透膜1）光线垂直入射到均匀薄膜的上表面，入射角。光程差为20若：加强，处处亮若：减弱，处处暗n1n2n2>n120增透膜：如果一个膜的反射光减弱，透射光增强。应满足：增反膜：如果一个膜的反射光加强，透射光减弱。应满足：例题11.7有一折射率为1.33，厚度为400nm的均匀介质膜，将其覆盖在折射率为1.5的玻璃上，膜的上面是空气。当以白光（波长范围400-750nm）垂直照射膜时，波长为多少的光反射加强。2）、增透膜与增反膜§21—4迈克耳逊干涉仪条纹内缩条纹外冒空气薄膜厚则

点光源形成圆环形等倾条纹。条纹移动一条，光程差改变多少？移动多少？27条纹移动一条，光程差改变一个，移动。条纹移动条，光程差改变一个，移动。（2）可测透明膜厚或折射率。解：应用：（1）可测或微小长度变化。例5.透明薄片厚插入薄片后条纹移动条求：薄片折射率（3）迈克尔逊--莫雷用干涉仪否定了“以太”的存在。薄片光程差改变28M1

与M2

不严格垂直时，M1’与M形成一空气隙劈尖,干涉条纹可视为等厚条纹。

29加强减弱(2)干涉加强、减弱条件：32阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊（AlbertAbrahanMichelson）

迈克尔逊的另一项重要贡献是对光速的测定。他多次并持续进行光速的测定工作，其中最精确的测定值是在1924～1926年，其值为（299796±4）km／s。

因发明精密光学仪器和借助这些仪器在光谱学和度量学的研究工作中所做出的贡献，被授予了1907年度诺贝尔物理学奖。

阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊（AlbertAbrahanMichelson）

迈克尔逊的名字是和迈克尔逊干涉仪及迈克尔