大学物理第四版祝之光第十一章-波动光学

11-1光的相干性光程11-2分波面干涉11-3分振幅干涉4-0第四章教学基本要求11-4光的衍射第十一章波动光学4-0第四章教学基本要求11-5衍射光栅4-0第四章教学基本要求11-6光的偏振11-1光的相干性光程要点普通光源发光的特点，实现稳定干涉的条件。获得相干光的方法.光程，如何用光程差表示两初相位相同的相干光的相位差以及干涉的加强和减弱的条件。一、光的相干性两束光频率相同，振动方向一致，有恒定的相位差.1.产生相干光的条件2.获得相干光的方法

把由光源上同一点发的光分成两部分，然后再使这两部分叠加起来.分波面法

在同一波面上取两固定点光源，发出的光构成相干光，这种方法为分波面法.如杨氏双缝干涉实验.*SAB分波阵面法P分振幅法

一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两束光线为相干光，这种方法为分振幅法.如薄膜干涉、等厚干涉.*S分振幅法二、光程和光程差

两相干光波在介质中以波长传播r1r2PS1S21.光程则S1、S2传到P点的光振动的相位差：r1r2PS1S2若,由以n表示的折射率且

用介质中的波长计算相位差比较麻烦，统一用光在真空中的波长计算相位差可简化计算.所以介质中的波长为定义光程:

介质折射率n与光的几何路程r之积nr.

光程物理意义：光程是在引起相同相位改变的条件下，与光在折射率为n的介质中的几何路程r相当的同一单色光在真空中的传播路程nr.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.

如果光线穿过多种介质时，其光程为r1n1r2n2rinirnnn对应的相位改变2.光程差与相位差假设光在两种不同介质中传播，则设光程差为则3.用光程差表示干涉加强和减弱的条件明纹暗纹

干涉加强

干涉减弱11-2分波面干涉要点由杨氏双缝干涉和洛埃镜实验装置领会分波面干涉装置的基本特征.杨氏双缝干涉条纹分布规律注意半波损失现象的发生条件.一、杨氏双缝干涉光程差DOS1S2Pdr1r2x双缝屏*

加强减弱DOS1S2Pdr1r2x双缝屏*（暗纹）（明纹）k=0时,明暗条纹中心的位置零级明纹位于屏幕中央，而且只有一条.其他各级明纹和暗纹都有两条，且对称分布.条纹间距

可以看出相邻明纹与相邻暗纹中心的间距都相同，所以条纹明暗相间平行等距.在双缝干涉实验中，波长为600nm的单色平行光垂直入射到缝间距a＝0.2mm的双缝上，屏到双缝的距离D＝6m。求：中央明纹两侧的两条第10级明纹中心的间距。三、洛埃镜实验

LPK(平面镜)**屏移至L处L处的相位差有的突变，称半波损失.

L处似应出现明条纹，实际上却为暗条纹，说明直接射向屏的光与反射光在LPK(平面镜)**

一般光从光疏介质(光速较大，n较小)正入射或掠入射(入射角为零或接近90。)到光密介质(光速较小，n较大)的界面上发生反射时会发生相位为的突变，相当于光程增加或减少了半个波长.11-3分振幅干涉要点等厚干涉。劈尖的等厚干涉条纹具有的特点。劈尖干涉的主要应用。增透膜与增反膜的基本原理。一、等厚干涉

如图：单色光在厚度不均匀的上下两个表面形成①、②两束反射光。当单色光垂直射入薄膜表面时，①和②近乎平行①A薄膜②在A处相遇，e为该处薄膜的厚度,则光程差为等厚干涉：同一干涉条纹对应的薄膜厚度相同.上下表面都存在或都不存在半波损失两反射光之一存在半波损失光程差为:二、劈尖

用单色平行光垂直照射两玻璃片G1和G2间的空气劈尖，形成干涉条纹为平行于劈棱的一系列等厚干涉条纹.劈尖下表面G2反射时有半波损失，因此光程差为玻璃片G1玻璃片G2空气劈尖明纹暗纹1.条纹位置2.相邻明纹（暗纹）中心对应的空气厚度差3.条纹间距（明纹或暗纹）

越小，条纹越疏，反之越密.过大，条纹将密集，难以区分.4.条纹移动

膜上某处光程差改变一个波长，该处将移过一条条纹，如某处移过m条条纹，则该处膜厚改变量条纹向棱边方向移动，膜厚增加；反之膜厚减少.

测量微小物体的厚度

将微小物体夹在两薄玻璃片间，形成劈尖，用单色平行光照射.由有

劈尖干涉的应用

劈尖干涉的应用

检验光学元件表面的平整度

由于同一条纹下的空气薄膜厚度相同，当待测平面上出现沟槽时条纹弯曲.三、牛顿环牛顿环干涉图样显微镜SLM半透半反镜T加强减弱由于①、②两束反射光的光程差附加项.平板玻璃面上反射光有半波损失,1.与的关系讨论2.牛顿环半径明环由暗环由r=0的地方，是零级暗纹.若两玻璃之间为空气时，n2=111-4光的衍射要点光的衍射具有的特点，夫琅禾费衍射。注意领会惠更斯-费涅耳原理的主要内容，以及由此原理处理衍射问题的基本思想.理解费涅耳半波带法，注意怎样用此方法分析单缝衍射图样的形成.单缝衍射明暗纹位置如何确定，其条纹的特点。一、光的衍射现象

光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物继续传播，如果波长与障碍物相当，衍射现象最明显.

二、惠更斯-费涅耳原理

惠更斯原理---波在介质中传播到的各点，都可看成新的子波源.

惠更斯原理只能解释波的衍射，不能给出波的强度.

菲涅耳原理---波传播到某一点的光强为各个子波在观察点的干涉叠加.三、夫琅禾费单缝衍射光源、屏与缝相距无限远，平行光的衍射.

在屏幕上某点P距屏幕中心O点为x，对应该点的衍射角(衍射线与缝平面法线的夹角)为，AB间两条光线的光程差为

.

P点的光强是单缝处各面元上平行光的叠加.

用/2分割，过等分点作BC

的平行线，等分点将单缝（即AB波面）分割成数个半波带.

相邻两波带的对应点上发出的子波在P点的相位差为，即相邻半波带上对应点光程相差半个波长，所产生的光振动完全抵消.1.半波带分析法分割成半波带有三种情况：（1）可分为偶数个半波带；（2）可分为奇数个半波带；（3）不能分为整数个半波带.暗纹明纹

在P点形成明纹还是暗纹决定于能将BC分成奇数个半波带还是偶数个半波带,即由衍射角的大小决定.零级明纹

不能分为整数个半波带P处光强将会介于相邻的极大和极小之间.2.光强分布

由中央到两侧,光强迅速下降,中央明条纹集中了绝大部分光能,这是因为k越大,缝被分成的半波带越多,而未被抵消的波带面积越小的缘故.10.0470.0173.条纹的角宽度（条纹对透镜L光心所张的角度）中央明纹的角的宽度1.缝宽对衍射图样的影响

缝越窄，衍射就越显著；缝越宽，衍射就越不明显.当缝宽时，各级衍射条纹向中间靠拢，密集得无法分辨，只显出单一的明条纹.即光的直线传播现象是衍射现象的极限情形.讨论2.波长对条纹的影响

当缝宽不变时,各级条纹的角位置和角宽度因波长而异.如果用白光入射,中央明条纹仍为白色,但由中央至两侧的其他各级明纹会因波长不同位置相互错开而呈紫到红的彩色衍射图样,即衍射光谱.11-5衍射光栅要点光栅衍射条纹的特点，注意关于光栅衍射条纹形成的分析.推导光栅方程.衍射光谱，光栅的主要应用。一、光栅衍射条纹的形成和特点

大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件.2.光栅常数

透光缝宽度a,不透光缝宽度b,光栅常数:1.光栅各单缝分别同时产生单缝衍射.

单独开放任一缝时，屏上的光强分布即衍射图样不变.各单缝衍射的平行光产生多光干涉.3.衍射条纹的形成光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果.I1245-1-2-4-50

图中虚线与单缝衍射光强分布相似，实线表示实际光强分布.各缝衍射光线相干使原单缝两相邻极小之间又分裂出若干干涉的极大和极小，这些极大值光强受到单缝衍射光强分布的调制，因此实际光强分布体现了单缝衍射和多缝干涉的综合效应.

两两相邻光线的光程差都相同.如果在某个方向上，相邻两光线光程差为k，则所有光线在该方向上都满足加强条件.4.光栅方程明纹(主极大)光栅中狭缝条数越多，明纹越亮.11-6光的偏振要点自然光、偏振光和部分偏振光，如何鉴别。马吕斯定律的内容。光在两种介质的分界面上发生反射和折射时，反射光和折射光的偏振情况，布儒斯特定律。一、自然光与偏振光1.光波的特点

由于光源发光是由大量原子发光组成，每个原子发光的振动方向都是随机的，电场和磁场在各个方向的振动都存在。平均看来，在垂直于传播方向平面内各方向振动概率相等，振动能量也均匀分布在各振动方向上，称为自然光，不具有偏振性。光波中引起人的视觉的只有电场的振动矢量，因此其称为光矢量。

每个光矢量可分解为两等幅的相互垂直的振动。

光振动可用交替配置的点和短线表示.点表示垂直于纸面的光振动，短线表示纸面内的光振动.2.偏振光--线偏振光振动方向在纸面内的线偏振光振动方向垂直纸面的线偏振光

在垂直于其传播方向的平面内，光矢量只沿着某个确定的方向振动，这种光是一种完全偏振光，叫线偏振光.自然光3.部分偏振光在纸面内振动较强的部分偏振光垂直纸面振动较强的部分偏振光

如果在垂直于其传播方向的平面内，光矢量在某一方向的振动比与之垂直方向上的振动占优势的光为部分偏振光。二、起偏与检偏

某些物质能吸收某一方向的光振动,而只让与这个方向垂直的光振动通过,形成偏振光,这种性质称二向色性.1.二向色性2.偏振片和起偏器

涂有二向色性材料的透明薄片.偏振片用来产生偏振光时叫起偏器.

3.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.通常在偏振片上用记号“

”表示.4.起偏将自然光转变成偏振光的过程.5.检偏检测偏振光的过程.检偏器起偏器三、马吕斯定律

两偏振片偏振化方向夹角为.

将通过M的光矢量振幅A0，