光學(xué)研究光的現(xiàn)象光的本光與物質(zhì)的相互作用-課件

光學(xué)------研究光的現(xiàn)象;光的本性;光與物質(zhì)的相互作用.20世紀(jì)60年代激光問世后，光學(xué)有了飛速的發(fā)展，形成了非線性光學(xué)等現(xiàn)代光學(xué)。▲幾何光學(xué)：以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)，研究各種光學(xué)儀器的理論?！孔庸鈱W(xué)：以光的量子理論為基礎(chǔ)，研究光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律。▲波動(dòng)光學(xué)：以光的電磁波本性為基礎(chǔ)，研究傳播規(guī)律，特別是干涉、衍射、偏振的理論和應(yīng)用。第13波動(dòng)光學(xué)基礎(chǔ)1光學(xué)------研究光的現(xiàn)象;光的本性;20世紀(jì)60光的干涉：雙縫干涉，薄膜干涉，劈尖和牛頓環(huán)光的衍射：惠更斯原理，單縫衍射，衍射光柵光的偏振：線偏振光，自然光，偏和檢偏，馬呂斯定律，布儒斯特定律本章主要內(nèi)容光源，光的傳播2光的干涉：雙縫干涉，薄膜干涉，光的衍射：ILC例如L-C無阻尼振蕩電路1888年赫茲利用振蕩偶極子研究電磁波，得出電磁波的一些性質(zhì)§13.1光是電磁波一、電磁波1.電磁波的波源任何振動(dòng)的電荷或電荷系都是發(fā)射電磁波的波源。3ILC例如L-C無阻尼振蕩電路1888年赫茲利用振蕩偶極子2.平面電磁波的性質(zhì)（實(shí)驗(yàn)得出）（1）電磁波是電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的矢量波

uXYZ(2)的頻率、相位和振幅的關(guān)系同相、同頻（3）橫波(4)波速

真空中42.平面電磁波的性質(zhì)（實(shí)驗(yàn)得出）（1）電磁波是電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)EHC（5）電磁波在兩種不同的界面上要發(fā)生反射和折射，由下式給出折射率。對(duì)非鐵磁質(zhì)5EHC（5）電磁波在兩種不同的界面上要發(fā)生反射和折射，3、電磁波的能量電磁波的傳播伴隨能量的傳播—輻射能能流密度：單位時(shí)間、單位面積上流過的能量空間某一位置：總能量密度能流密度大?。簎us方向：沿的方向63、電磁波的能量電磁波的傳播伴隨能量的傳播—輻射能能流密輻射強(qiáng)度（玻印亭矢量）平均輻射強(qiáng)度：I表示輻射強(qiáng)度在一個(gè)周期內(nèi)的平均值在光學(xué)中稱之為光強(qiáng)7輻射強(qiáng)度（玻印亭矢量）平均輻射強(qiáng)度：I表示輻射強(qiáng)度在一個(gè)周4000?紫7600?紅四、光是電磁波可見光是能引起人的視覺的那部分電磁波。發(fā)射光波的物體稱為光源?？梢姽獾牟ㄩL范圍約為400～760nm400——450——500——550——600——650——760nm紫藍(lán)綠黃橙紅84000?7600?四、光是電磁波可見光的波長范圍約為40

§13.2光源光波的疊加一.普通光源與激光光源光源的最基本的發(fā)光單元是分子、原子。（1）熱輻射（2）電致發(fā)光（3）光致發(fā)光（4）化學(xué)發(fā)光9§13.2光源光波的疊加一.普通光源與激光光源光1.普通光源：自發(fā)輻射獨(dú)立（同一原子不同時(shí)刻發(fā)的光）獨(dú)立

（不同原子同一時(shí)刻發(fā)的光）··=(E2-E1)/hE1E2自發(fā)輻射躍遷波列波列長L=tc發(fā)光時(shí)間t10-8s原子發(fā)光：方向不定的振動(dòng)瞬息萬變的初位相此起彼伏的間歇振動(dòng)101.普通光源：自發(fā)輻射獨(dú)立（同一原子不同時(shí)刻發(fā)的光）獨(dú)立2

激光光源：受激輻射E1E2

=(E2-E1)/h可以實(shí)現(xiàn)光放大;單色性好;相干性好。例如:氦氖激光器;紅寶石激光器;半導(dǎo)體激光器等等。完全一樣（頻率,相位,振動(dòng)方向,傳播方向都相同）112激光光源：受激輻射E1E2=(E2-E1)/h二.光的單色性實(shí)際原子的發(fā)光:是一個(gè)有限長的波列,所以不是嚴(yán)格的余弦函數(shù),只能說是準(zhǔn)單色光:在某個(gè)中心頻率（波長）附近有一定頻率（波長）范圍的光。衡量單色性好壞的物理量是譜線寬度理想的單色光：具有恒定單一波長的簡諧波，它是無限伸展的。例:普通單色光:10-2100A激光：10-810-5

A00II0I0

/2譜線寬度12二.光的單色性實(shí)際原子的發(fā)光:是一個(gè)有限長的波列,所以衡量三.光波的疊加---干涉“當(dāng)兩列(或幾列)滿足一定條件的光波在某區(qū)域同時(shí)傳播時(shí),空間某些點(diǎn)的光振動(dòng)

始終加強(qiáng)；

某些點(diǎn)的光振動(dòng)

始終減弱，在空間形成一幅穩(wěn)定的光強(qiáng)分布圖樣”，稱為光的干涉現(xiàn)象。

相干條件：(2)頻率相同(3)有恒定的位相差(1)振動(dòng)方向相同13三.光波的疊加---干涉“當(dāng)兩列(或幾列)滿足一定條件兩列光波的疊加p···12r1r2P點(diǎn):其中：E0E1E214兩列光波的疊加p···12r1r2P點(diǎn):其中：E0E1E2非相干光源I=I1

+I2—非相干疊加

完全相干光源平均光強(qiáng)為：15非相干光源I=I1+I2—非相干疊加

(k=0,1,2,3…)

相消干涉（暗）

(k=0,1,2,3…)極值條件

相長干涉（明）明紋暗紋16(k=0,1,2,3…)相消干涉（暗）(k=0相干光的獲得方法pS

*分波面法分振幅法·p薄膜S*17相干光的獲得方法pS*分波面法分振幅法·p薄膜S*17SdD1、現(xiàn)象

明紋暗紋2.波程差的計(jì)算§13.3獲得相干光的方法楊氏雙縫干涉一.楊氏雙縫干涉18SdD1、現(xiàn)象明紋位置暗紋位置3.明暗紋中心的位置和級(jí)次：條紋間距相鄰兩亮紋(或暗紋)之間的距離都是19明紋位置暗紋位置3.明暗紋中心的位置和級(jí)次：條紋間距相鄰兩亮(1)一系列平行的明暗相間的條紋；

(3)4.條紋特點(diǎn)：(2)不太大時(shí)條紋等間距；

楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)第一次測(cè)定波長這個(gè)重要的物理量.(4)若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。在屏幕上x=0處各種波長的波程差均為零，各種波長的零級(jí)條紋發(fā)生重疊，形成白色明紋。20(1)一系列平行的明暗相間的條紋；(3)4.條紋特點(diǎn)：(討論影響雙縫干涉條紋分布的因素。（1）若D、d已定，只有，條紋間距變寬。若已定，只有D↑、d↓（仍然滿足d>>)，條紋間距變寬。兩相鄰明紋（或暗紋）間距21討論影響雙縫干涉條紋分布的因素。（1）若D、d已定，只有例.鈉光燈作光源，波長，屏與雙縫的距離D=500mm,(1)d=1.2mm和d=10mm,相鄰明條紋間距分別為多大？（2)若相鄰明條紋的最小分辨距離為0.065mm,能分辨干涉條紋的雙縫間距是多少？解｛1｝d=500mmd=10mm｛2｝雙縫間距d為22例.鈉光燈作光源，波長例1、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，P為屏上第五級(jí)亮紋縮在位置。現(xiàn)將一玻璃片插入光源發(fā)出的光束途中，則P點(diǎn)變?yōu)橹醒肓翖l紋的位置，求玻璃片的厚度。P解、沒插玻璃片之前二光束的光程差為已知:玻璃插玻璃片之后二光束的光程差為23例1、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，P為屏上第五級(jí)亮紋縮在位置?，F(xiàn)將P解、例1用白光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，能觀察到幾級(jí)清晰可辨的彩色光譜？解:

用白光照射時(shí)，除中央明紋為白光外，兩側(cè)形成內(nèi)紫外紅的對(duì)稱彩色光譜.當(dāng)k級(jí)紅色明紋位置xk紅大于k+1級(jí)紫色明紋位置x(k+1)紫時(shí)，光譜就發(fā)生重疊。據(jù)前述內(nèi)容有24例1用白光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，能觀察到幾級(jí)清晰可辨的彩色光將紅=7600?，紫=4000?代入得K=1.1因?yàn)閗只能取整數(shù)，所以應(yīng)取k=2這一結(jié)果表明：在中央白色明紋兩側(cè)，只有第一級(jí)彩色光譜是清晰可辨的。25將紅=7600?，紫=3.

菲涅耳雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)EE`MNss1s2dBCp263.菲涅耳雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)EE`MNss1s2dBCp26ABCM1M2s點(diǎn)光源4.

菲涅耳雙面鏡干涉實(shí)驗(yàn)屏平面鏡27ABCM1M2s點(diǎn)光源4.菲涅耳雙面鏡干涉實(shí)驗(yàn)屏平面鏡2MAB屏P問題：5.洛埃德鏡實(shí)驗(yàn).BAs1s2虛光源反射鏡點(diǎn)光源當(dāng)屏移到位置時(shí)，在屏上的P點(diǎn)應(yīng)該出現(xiàn)暗條紋還是明條紋？28MAB屏P問題：5.洛埃德鏡實(shí)驗(yàn).BAs1s2虛光源反媒質(zhì)1

光疏媒質(zhì)媒質(zhì)2

光密媒質(zhì)n1n2折射波反射波入射波

光在垂直入射（i=0）或者掠入射（i=90°）的情況下，如果光是從光疏媒質(zhì)傳向光密媒質(zhì)，在其分界面上反射時(shí)將發(fā)生半波損失。折射波無半波損失。半波損失若n1<n2

29媒質(zhì)1光疏媒質(zhì)n1n2折射波反射波入射波光在垂直入§13.4光程與光程差相位差在分析光的疊加時(shí)十分重要，為便于計(jì)算光通過不同媒質(zhì)時(shí)的相位差，引入光程概念。一.光程真空中λ··xab─真空中波長

媒質(zhì)中n─媒質(zhì)中波長媒質(zhì)··xab光通過媒質(zhì)時(shí)不變，但要變，設(shè)為。30§13.4光程與光程差相位差在分析光的疊加時(shí)十分重要，為定義：光程nx—折射率為n的媒質(zhì)中，光在距離x上的等效真空路程，稱為光程．因?yàn)樗?1定義：光程nx—折射率為n的媒質(zhì)中，光在距離x上因?yàn)樗鶑南辔豢矗好劫|(zhì)中距離x包含的波長數(shù)與真空中距離nx包含的波長數(shù)相同，即二者產(chǎn)生相同的相差。從時(shí)間看：光在媒質(zhì)中通過距離x的時(shí)間與在真空中通過距離nx的時(shí)間相同。采用光程差，就可一律用真空中的波長來計(jì)算相位差。32從相位看：媒質(zhì)中距離x包含的波長數(shù)與從時(shí)間看：光在媒質(zhì)中通過[例]nS1S2r1r2dP·二.光程差：三.相位差和光程差的關(guān)系：有時(shí)記作33[例]nS1S2r1r2dP·二.光程差：三.相位差和光程在光學(xué)中常用到透鏡。三.透鏡不產(chǎn)生附加光程差Sacb··S實(shí)驗(yàn)告訴我們：

物點(diǎn)到象點(diǎn)各光線之間的光程差為零(不證)。acbFabcF’F34在光學(xué)中常用到透鏡。三.透鏡不產(chǎn)生附加光程差Sacb·例1、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，P為屏上第五級(jí)亮紋縮在位置?，F(xiàn)將一玻璃片插入光源發(fā)出的光束途中，則P點(diǎn)變?yōu)橹醒肓翖l紋的位置，求玻璃片的厚度。P解、沒插玻璃片之前二光束的光程差為已知:玻璃插玻璃片之后二光束的光程差為35例1、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，P為屏上第五級(jí)亮紋縮在位置?，F(xiàn)將P解、一、等傾干涉（暗）=13.5薄膜等厚干涉1、等傾干涉相長與相消的條件To25返回336一、等傾干涉（暗）=13.5薄膜等厚干涉1、等傾干1、傾角相同的光線形成的干涉光光強(qiáng)相同。問題：1、透射光的干涉情況如何？2、透鏡換成眼睛能看到這些條紋嗎？2、所有的平行光匯聚在透鏡焦平面上的同一點(diǎn)。使條紋的對(duì)比度更高。3、透鏡正放，焦面上條紋是一組同心圓。2、等傾干涉的特點(diǎn)371、傾角相同的光線形成的干涉光光強(qiáng)相同。問題：1、透射光的干1.劈尖（劈形膜）劈尖——夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜。劈尖干涉在膜表面附近形成明、暗相間的條紋。dnAnn(設(shè)n>

n

)反射光1反射光2S*單色平行光·121、2兩束反射光來自同一束入射光，它們可以產(chǎn)生干涉。觀察劈尖干涉的實(shí)驗(yàn)裝置通常讓光線幾乎垂直入射。二、等厚干涉

381.劈尖（劈形膜）劈尖——夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜。設(shè)單色平行光線在A點(diǎn)處入射，膜厚為d，在n,定了以后,只是厚度d的函數(shù)。反射光1單色平行光垂直入射dnnn·A反射光2(設(shè)n>

n

)一個(gè)厚度d，對(duì)應(yīng)著一個(gè)光程差，

對(duì)應(yīng)著一個(gè)條紋——等厚條紋。反射光1,2疊加要不要考慮半波損失？通常讓光線幾乎垂直入射：39設(shè)單色平行光線在A點(diǎn)在n,定了以后,只是厚度d在此問題中，棱邊處是亮紋還是暗紋？亮紋暗紋dkdk+1（答：暗紋）相鄰兩條亮紋對(duì)應(yīng)的厚度dk,dk+1相差多大？亮紋與暗紋等間距地相間排列。40在此問題中，棱邊處是亮紋還是暗紋？亮紋暗紋dkdk+1（答設(shè)相鄰兩條亮紋對(duì)應(yīng)的厚度差為d：有設(shè)條紋間距為L

所以有ddkdk+1L條紋分得更開，更好測(cè)量。41設(shè)相鄰兩條亮紋對(duì)應(yīng)的厚度差為d：有設(shè)條紋間距為L所以平行光入射,平凸透鏡與平晶間形成空氣劈尖。平晶S分束鏡M顯微鏡0平凸透鏡.暗環(huán)drR·平晶平凸透鏡o觀察牛頓環(huán)的裝置示意圖d可用r,R表示:2.牛頓環(huán)42平行光入射,平凸透鏡與平晶間形成空氣劈尖。平晶S分束鏡M顯對(duì)空氣劈尖，光程差（∵n=1）(1)代入(2)得，第k級(jí)暗環(huán)半徑為暗環(huán)：中心是暗點(diǎn)（k=0）43對(duì)空氣劈尖，光程差（∵n=1）(1)代入(2)得，第k級(jí)暗實(shí)用的觀測(cè)公式：（暗紋）牛頓環(huán)裝置還能觀測(cè)透射光的干涉條紋，它們與入射光的干涉條紋正好亮暗互補(bǔ)。(想一想為甚麼？)由內(nèi)疏外密所以條紋間距：44實(shí)用的觀測(cè)公式：（暗紋）牛頓環(huán)裝置還能觀測(cè)透射光的干涉條紋，3、干涉的應(yīng)用玻璃n1=1.5，鍍MgF2

n2=1.38，放在空氣中，白光垂直射到膜的表面，欲使反射光中=550nm的成分相消，求：膜的最小厚度。反射光相消=增透思考：若n2>n3會(huì)得到什么結(jié)果？為什么望遠(yuǎn)鏡的鏡片有的發(fā)紅，有的發(fā)藍(lán)？

（1）增透膜與增反膜效果最好——453、干涉的應(yīng)用玻璃n1=1.5，鍍MgF2n（2）測(cè)長度微小變化（3）檢查光學(xué)平面的缺陷受熱膨脹干涉條紋移動(dòng)玻璃板向上平移條紋整體移l改變d條紋偏向膜（空氣）厚部表示平面上有凸起。平面上有凹坑。46（2）測(cè)長度微小變化（3）檢查光學(xué)平面的缺陷受熱膨脹干涉條紋(5)測(cè)入射光的波長：(4)測(cè)透鏡球面的半徑R：已知，數(shù)清m，測(cè)出rk、rk+m，則R已知，數(shù)清m，測(cè)出rk，rk+m，則47(5)測(cè)入射光的波長：(4)測(cè)透鏡球面的半徑R：壓環(huán)外擴(kuò)：要打磨中央部分壓環(huán)內(nèi)縮：要打磨邊緣部分（6）牛頓環(huán)在光學(xué)冷加工中的應(yīng)用每一圈對(duì)應(yīng)厚度差（因?yàn)閚=1）48壓環(huán)外擴(kuò)：要打磨中央部分壓環(huán)內(nèi)縮：要打磨邊緣部分（6）牛頓環(huán)§13.6惠更斯—菲涅耳原理一、光的衍射現(xiàn)象當(dāng)障礙物的線度接近光的波長，衍射現(xiàn)象尤其顯著。

a

<0.1mm49§13.6惠更斯—菲涅耳原理一、光的衍射現(xiàn)象當(dāng)障礙物的線二、惠更斯—菲涅耳原理菲涅耳補(bǔ)充：從同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波是相干波?！?818年惠更斯：光波陣面上每一點(diǎn)都可以看作新的子波源，以后任意時(shí)刻，這些子波的包跡就是該時(shí)刻的波陣面?！?690年解釋不了光強(qiáng)分布！

50二、惠更斯—菲涅耳原理菲涅耳補(bǔ)充：從同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子三、菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射光源光源衍射屏觀察屏I為夫瑯禾費(fèi)衍射，否則為菲涅耳衍射。51三、菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射光源光源衍射屏觀察屏I為夫瑯禾費(fèi)P點(diǎn)的光強(qiáng)取決于狹縫上各子波源到此的光程差。光強(qiáng)分布？I§13.7單縫夫瑯禾費(fèi)衍射為縫邊緣兩條光線在p點(diǎn)的光程差為衍射角52P點(diǎn)的光強(qiáng)取決于狹縫上各子波源到此的光程差。光強(qiáng)分布？I§1單縫衍射圖樣的主要規(guī)律：(1)中央亮紋最亮；中央亮紋寬度是其他亮紋寬度的兩倍；其他亮紋的寬度相同；亮度逐級(jí)下降。(2)縫a越小，條紋越寬。（即衍射越厲害）(3)波長

越大，條紋越寬。（即有色散現(xiàn)象)屏幕屏幕如何解釋這些實(shí)驗(yàn)規(guī)律？53單縫衍射圖樣的主要規(guī)律：(1)中央亮紋最亮；(2)縫a越一.(菲涅耳)半波帶法設(shè)考慮屏上的P點(diǎn)(它是衍射角平行光的會(huì)聚點(diǎn))：當(dāng)=0時(shí),

P在O點(diǎn),為中央亮紋的中心；這些平行光到達(dá)O點(diǎn)是沒有相位差的。當(dāng)時(shí),相應(yīng)P點(diǎn)上升，各條光線之間產(chǎn)生了相位差，所以光強(qiáng)減??；到什么時(shí)候光強(qiáng)減小為零呢?或者說,第一暗紋的是多大呢?S*

f

f

a透鏡L透鏡L·pAB縫平面觀察屏0δ54一.(菲涅耳)半波帶法設(shè)考慮屏上的P點(diǎn)當(dāng)=0時(shí),P當(dāng)光程差

=a

sin

=2×/2時(shí),如圖所示，可將縫分成了兩個(gè)“半波帶”：兩個(gè)“半波帶”上相應(yīng)的光線1與1’在P點(diǎn)的相位差為，-----衍射角.aθ1′2BA半波帶半波帶12′λ/2半波帶半波帶121′2′所以兩個(gè)“半波帶”上發(fā)的光，在P點(diǎn)處干涉相消，就形成第一條暗紋。兩個(gè)“半波帶”上相應(yīng)的光線2與2’在P點(diǎn)的相位差為，55當(dāng)光程差=asin=2×/2時(shí),如當(dāng)=2

時(shí)，可將縫分成四個(gè)“半波帶”，它們發(fā)的光在P處兩兩相消，又形成暗紋……當(dāng)再，=3/2時(shí)，可將縫分成三個(gè)“半波帶”，aλ/2BAθθaBAλ/2其中兩個(gè)相鄰的半波帶發(fā)的光在P點(diǎn)處干涉相消，剩一個(gè)“半波帶”發(fā)的光在P點(diǎn)處合成，P點(diǎn)處即為中央亮紋旁邊的那條亮紋的中心。56當(dāng)=2時(shí)，可將縫分成四個(gè)“半波帶”，當(dāng)再菲涅耳半波帶的數(shù)目決定于對(duì)應(yīng)沿方向衍射的平行光狹縫，波陣面可分半波帶數(shù)1、N由

a、、確定。2、N不一定是整數(shù)。57菲涅耳半波帶的數(shù)目決定于對(duì)應(yīng)沿方向衍射的平行光狹縫，波陣面

二、單縫衍射明暗條紋條件——暗紋——明紋(中心)上述暗紋和中央明紋(中心)的位置是準(zhǔn)確的，其余明紋中心的實(shí)際位置較上稍有偏離。由半波帶法可得明暗紋條件為：——中央明紋中心58二、單縫衍射明暗條紋條件——暗紋——明紋(中心)三、衍射圖樣衍射圖樣中各級(jí)條紋的相對(duì)光強(qiáng)如圖所示./a-(/a)2(/a)-2(

/a)0.0470.0171I/I00相對(duì)光強(qiáng)曲線0.0470.017sin中央極大值對(duì)應(yīng)的明條紋稱中央明紋。中央極大值兩側(cè)的其他明條紋稱次極大。59三、衍射圖樣衍射圖樣中各級(jí)條紋的相對(duì)光強(qiáng)如圖所示./a-明紋寬度中央明紋中央明紋：兩個(gè)一級(jí)暗紋見的距離，為1級(jí)暗紋對(duì)應(yīng)的衍射角上式為中央明紋角寬度60明紋寬度中央明紋中央明紋：兩個(gè)一級(jí)暗紋見的距離，為1級(jí)暗紋中央明紋xO中央明紋線寬度其他明紋寬度61中央明紋xO中央明紋線寬度其他明紋寬度61總結(jié)：或中央亮紋的邊緣對(duì)應(yīng)的衍射角1，稱為中央亮紋的半角寬

——中央明紋(中心)——其他明紋(中心)

而或——暗紋(中心)（注意k0）（注意k0）62總結(jié)：或中央亮紋的邊緣對(duì)應(yīng)的衍射角1，稱為中央亮紋的半角寬前面的實(shí)驗(yàn)規(guī)律得到了解釋：中央亮紋最亮，其寬度是其他亮紋的兩倍；其他亮紋的寬度相同；亮度逐級(jí)下降（為什么？)。(2)縫a越小，條紋越寬。(3)波長

越大，條紋越寬。思考：從衍射角度分析,廣場(chǎng)上的音柱為何豎放而不橫放？屏幕屏幕sin/a0-/a-2/a-3/a2/a3/a63前面的實(shí)驗(yàn)規(guī)律得到了解釋：中央亮紋最亮，其寬度是(2)例題：單縫寬a=0.5mm，波長0.5×109m。透鏡焦距f=0.5m,求（1）中央明紋的寬度，（2)第1級(jí)明紋的寬度64例題：單縫寬a=0.5mm，波長0.5×109m。透第一明紋的寬度65第一明紋的寬度651中央亮紋的半角寬明紋暗紋的圖示xf661中央亮紋的半角寬明紋暗紋的圖示xf66條紋散開了狹縫寬窄對(duì)衍射條紋的影響光通量減少，清晰度變差。67條紋散開了狹縫寬窄對(duì)衍射條紋的影響光通量減少，清晰度變差。6泊松菲涅耳泊松點(diǎn)阿喇果蓋呂薩克拉普拉斯比奧楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)1818年巴黎科學(xué)院單縫衍射實(shí)驗(yàn)68泊松菲涅耳泊松點(diǎn)阿喇果蓋呂薩克拉普拉斯比奧楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)1分析與討論：1.極限情形：∴幾何光學(xué)是波動(dòng)光學(xué)在/a

0時(shí)的極限情形。當(dāng)縫極寬時(shí)，各級(jí)明紋向中央靠攏，密集得無法分辨，只顯出單一的亮條紋，這就是單縫的幾何光學(xué)像。此時(shí)光線遵從直線傳播規(guī)律。如果照相機(jī)的光圈非常小……69分析與討論：1.極限情形：∴幾何光學(xué)是波動(dòng)光學(xué)在當(dāng)縫極回憶：在講楊氏雙縫干涉時(shí),我們并不考慮每個(gè)縫的衍射影響，當(dāng)時(shí)一再申明：縫非常非常的細(xì).

當(dāng)縫極細(xì)（）時(shí)，sin11，1/2I衍射中央亮紋的兩端延伸到很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的地方,屏上只接到中央亮紋的一小部分(較均勻),當(dāng)然就看不到單縫衍射的條紋了。這就是我們前面只考慮干涉，不考慮縫的衍射的緣故。注：若a<,則sin=/a>1,以上的理論分析不成立70回憶：在講楊氏當(dāng)縫極細(xì)（）時(shí)，sin12.干涉和衍射的聯(lián)系與區(qū)別：從本質(zhì)上講干涉和衍射都是波的相干疊加，沒有區(qū)別。通常：干涉指的是有限多的子波的相干疊加，衍射指的是無限多的子波的相干疊加，二者常常同時(shí)存在。例如，不是極細(xì)縫情況下的雙縫干涉，就應(yīng)該既考慮雙縫的干涉，又考慮每個(gè)縫的衍射。712.干涉和衍射的聯(lián)系與區(qū)別：從本質(zhì)上講干涉和衍射都是波的通常四、夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射愛里斑84%能量愛里斑的角半徑對(duì)光學(xué)儀器夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射為主，而且只需考慮愛里斑。72四、夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射愛里斑84%能量愛里斑的角半徑對(duì)光學(xué)儀五、光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)瑞利判據(jù)定義分辨本領(lǐng)73五、光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)瑞利判據(jù)定義分辨本領(lǐng)73剛可分辨非相干疊加不可分辨瑞利判據(jù):對(duì)于兩個(gè)等光強(qiáng)的非相干物點(diǎn),若其中一點(diǎn)的象斑中心恰好落在另一點(diǎn)的象斑的邊緣(第一暗紋處),則此兩物點(diǎn)被認(rèn)為是剛剛可以分辨。瑞利74剛可分辨非相干疊加不可分辨瑞利判據(jù):對(duì)于兩個(gè)等光強(qiáng)的非相人眼瞳孔：D2~6mm68”~23”望遠(yuǎn)鏡：DM6m0.023”電子顯微鏡R例題：汽車二前燈相距1.2m，設(shè)=600nm人眼瞳孔直徑為5mm。問：對(duì)迎面而來的汽車，離多遠(yuǎn)能分辨出兩盞亮燈？1.2m解：人眼的最小可分辨角75人眼瞳孔：D2~6mm6望遠(yuǎn)鏡最小分辨角望遠(yuǎn)鏡分辨本領(lǐng)對(duì)被觀察物，不可選擇，為提高望遠(yuǎn)鏡分辨本領(lǐng)，ID**S1S20光學(xué)儀器的分辯本領(lǐng)實(shí)例一：望遠(yuǎn)鏡76望遠(yuǎn)鏡最小分辨角望遠(yuǎn)鏡分辨本領(lǐng)對(duì)被觀察物，不可選擇，為提例在通常的明亮環(huán)境中，人眼瞳孔的直徑約為3mm，問人眼的最小分辨角是多大？如果紗窗上兩根細(xì)絲之間的距離l=2.0mm，問離紗窗多遠(yuǎn)處人眼恰能分辨清楚兩根細(xì)絲？解以視覺感受最靈敏的黃綠光來討論，其波長=550nm，人眼最小分辨角設(shè)人離紗窗距離為S，則恰能分辨光學(xué)儀器的分辯本領(lǐng)77例在通常的明亮環(huán)境中，人眼瞳孔的直徑約為3mm，問光柵—大量等寬等間距的平行狹縫(或反射面)構(gòu)成的光學(xué)元件。d反射光柵d透射光柵

a是透光（或反光）部分的寬度d=a+b

光柵常數(shù)b是不透光(或不反光)部分的寬度光柵常數(shù)種類：一、基本概念§13.8衍射光柵及光柵光譜78光柵—大量等寬等間距的平行狹縫(或反射面)d反射光柵d透射光柵常數(shù)10-3-10-2mm10cm寬的光柵總刻痕數(shù)N=104~10579光柵常數(shù)10-3-10-2mm10cId80Id801、光柵方程上式是光柵衍射明條紋的條件，稱之為光柵方程。2、主極大條紋滿足光柵方程的明條紋稱主極大條紋，又稱光譜線。K

稱主極大級(jí)數(shù)。二、多光束干涉811、光柵方程上式是光柵衍射明條紋的條件，稱之為光柵方程。2、3、暗紋條件0級(jí)主極大1級(jí)主極大（N-2）個(gè)次極大背景譜線k

012…N-1Nm0（N-1個(gè)極小）154321012345相鄰兩縫沿衍射角方向發(fā)出光的光程差都為相應(yīng)的位相差m=1,2…,(N+1),(N-1),…，(2N-1),(2N+1),…上式為暗紋公式823、暗紋條件0級(jí)主極大1級(jí)主極大（N-2）個(gè)次極大背景譜線=500nm的平行光以0=300斜入射，已知d=0.01mm。求：（1）0級(jí)譜線的衍射角；（2）O點(diǎn)兩側(cè)可能見到的譜線的最高級(jí)次和總的譜線數(shù)。解（1）（2）最高29級(jí)；共39條譜線例題83=500nm的平行光以0=300斜入射，4.缺級(jí)m：5432101234

56缺級(jí)G2極大IP=0844.缺級(jí)m：54323、值的影響顯見譜線數(shù)m：21012d

不變，a縮小中央包絡(luò)區(qū)變大，顯見譜線增多。a不變，d增大條紋變密，顯見譜線增多。a，dm：3

210123

m：3

21012

3853、值的影響顯見譜線數(shù)=0.5m的單色光垂直入射到光柵上，測(cè)得第三級(jí)主極大的衍射角為30o，且第四級(jí)為缺級(jí)。求：（1）光柵常數(shù)d；（2）透光縫最小寬度a；（3）對(duì)上述a、d屏幕上可能出現(xiàn)的譜線數(shù)目。解：（1）d=3m

（2）缺四級(jí)a=0.75m

（3）K=0，1，2，3，

59條！例題86=0.5m的單色光垂直入射到光柵上，測(cè)得第三級(jí)主光的偏振87光的偏振87§13.9線偏振光自然光1、自然光特點(diǎn)（1）在垂直于其傳播方向的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動(dòng)的概率均等.XYZ自然光可以用下圖表示E沒有優(yōu)勢(shì)方向88§13.9線偏振光自然光1、自然光特點(diǎn)（1）在垂直Ex

和Ey無固定關(guān)系:它們是彼此獨(dú)立的振動(dòng),總光強(qiáng)EyEx（2）自然光可以分解為兩束等振幅的、振動(dòng)方向互相垂直的、不相干的光。自然光的分解89Ex和Ey無固定關(guān)系:總光強(qiáng)2、線偏振光振動(dòng)面u光矢量（）只在一個(gè)固定平面內(nèi)沿單一方向振動(dòng)的光叫線偏振光（也稱平面偏振光）。光振動(dòng)方向與傳播方向

決定的平面稱為振動(dòng)面.

·線偏振光表示法902、線偏振光振動(dòng)面u光矢量（）只在一個(gè)固定光振動(dòng)方向與傳3.部分偏振光完全偏振光和自然光是兩種極端情形，介于二者之間的一般情形是部分偏振光。xyz部分偏振光及其表示法垂直紙面的光振動(dòng)較強(qiáng)在紙面內(nèi)的光振動(dòng)較強(qiáng)913.部分偏振光完全偏振光和自然光是兩種極端情形，介于二者之間自然光線偏振光部分偏振光92自然光線偏振光部分偏振光92§13.10偏振片的起偏和檢偏一、起偏起偏的原理:利用某種形式的不對(duì)稱性,如（1）物質(zhì)的二向色性，（2）散射，（3）反射和折射，（4）雙折射….從自然光獲得偏振光叫“起偏”，相應(yīng)的光學(xué)器件叫“起偏器”。93§13.10偏振片的起偏和檢偏一、起偏起偏的原理:從自然偏振片是利用晶體的二向色性起偏。（對(duì)某一方向的光振動(dòng)有強(qiáng)烈吸收）偏振片（Polaroid）1928年一位19歲的美國大學(xué)生（E.H.Land）發(fā)明的。通常用P表示。例如，把硫酸碘奎寧的針狀粉末有序地蒸鍍?cè)谕该鞯幕稀?4偏振片是利用晶體的二向色性起偏。偏振片（Polaroid）1二、檢偏用偏振器件分析、檢驗(yàn)光束的偏振狀態(tài)稱“檢偏”。偏振片既可“起偏”又可“檢偏”。設(shè)入射光可能是自然光、線偏振光或部分偏振光，如何用偏振片來區(qū)分它們？以光線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)P:

I不變—？I變，有消光—？I變，無消光—？自然光線偏振光部分偏振光I?P待檢光95二、檢偏用偏振器件分析、檢驗(yàn)光束的偏振狀態(tài)稱“檢偏”。偏振片用偏振片起偏,在忽略偏振片的吸收的情況下出射光強(qiáng)xyzz線柵起偏器入射電磁波起偏原理類似于導(dǎo)電線柵的作用。(如把富含自由電子的碘附在拉伸的塑料薄膜上）96用偏振片起偏,出射光強(qiáng)xyzz線柵起偏器入射起偏原理96起偏器檢偏器一般情況下

I=？97起偏器檢偏器一般情況下I=？97PI0IPE0E=E0cos馬呂斯定律（1809）——消光三、馬呂斯定律線偏振光經(jīng)過偏振片前后的光強(qiáng)關(guān)系98PI0IPE0E=E0cos馬呂斯定律（1809光強(qiáng)為I0的自然光相繼通過偏振片P1、P2、P3后光強(qiáng)為I0/8，已知P1

P3，問：P1、P2間夾角為何？解分析P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2例題99光強(qiáng)為I0的自然光相繼通過偏振片P1、P2、P3后光強(qiáng)為玻璃片堆要提高反射線偏振光的強(qiáng)度，可利用玻璃片堆的多次反射。i’0i0i0i’0i’0················i0··············玻璃片堆100玻璃片堆要提高反射線偏振光的強(qiáng)度，i’0i0i0i’0i’01.

制成偏光眼鏡，可觀看立體電影。2.若在所有汽車前窗玻璃和大燈前都裝上與地面成45角、且向同一方向傾斜的偏振片，可以避免對(duì)方汽車燈光的晃眼。偏振片的應(yīng)用1011.制成偏光眼鏡，可觀看立體電影。2.若在所有汽車前窗玻璃3.在拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時(shí)，去掉反射光的干擾未裝偏振片裝偏振片1023.在拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時(shí)，未裝偏振片裝偏振片102例題用兩偏振片平行放置作為起偏器和檢偏器。在它們的偏振化方向成300角時(shí)，觀測(cè)一光源，又在成600角時(shí)，觀察同一位置處的另一光源，兩次所得的強(qiáng)度相等。求兩光源照到起偏器上光強(qiáng)之比。解:令I(lǐng)1和I2分別為兩光源照到起偏器上的光強(qiáng)。透過起偏器后，光的強(qiáng)度分別為I1/2和I2/2。按照馬呂斯定律，透過檢偏器后光的強(qiáng)度為所以但按題意即

103例題用兩偏振片平行放置作為起偏器和檢偏器。在它們的你能說明為什么嗎？？104你能說明為什么嗎？？104布儒斯特角反射光——垂直入射面振動(dòng)的成分多。折射光——？部分偏振光線偏振光§13.11反射和折射光的偏振105布儒斯特角反射光——垂直入射面振動(dòng)的成分多。部分偏振光線偏布儒斯特定律互余空氣→玻璃玻璃→空氣??t??yü°==°==--

42’3350.100.1

18’5600.150.1

1b1btanitani106布儒斯特定律互余空氣→玻璃玻璃→空氣??t??yü°==°=平行玻璃板上表面反射光是偏振光.？注意：上表面的折射角等于下表面的入射角通常玻璃的反射率只有7.5%左右，要以反射獲得較強(qiáng)的偏振光，你有什么好主意？下表面的反射光是否也是偏振光？！=107平行玻璃板上表面反射光是偏振光.？注意：上表面的折射角等于下2.外腔式激光管加裝布儒斯特窗減少反射損失?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ0i0·激光輸出布儒斯特窗M1M2··i0i01.測(cè)量不透明介質(zhì)的折射率？應(yīng)用：1082.外腔式激光管加裝布儒斯特窗減少反射損失?！ぁぁぁぁぁ?.外腔式激光管加裝布儒斯特窗減少反射損失。假如封閉管子兩端的玻璃窗口是垂直于管軸線的玻璃片，那么自然光每經(jīng)過一個(gè)窗口表面就有大約4%的反射損失(96%透入)。光在M1M2之間每個(gè)單程要4次穿過窗口表面。這樣，光來回反射時(shí)，反射損耗太大就不能形成激光?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ0i0·激光輸出布儒斯特窗M1M2··i0i01.測(cè)量不透明介質(zhì)的折射率？應(yīng)用：1092.外腔式激光管加裝布儒斯特窗減少反射損失。假如封閉管子

一、雙折射現(xiàn)象各向同性媒質(zhì)：在其中傳播的光，沿各個(gè)方向速度相同。各向異性媒質(zhì)：在其中傳播的光，沿不同方向速度不同。石英、方解石、水晶、玉石……eo雙折射現(xiàn)象遵守—尋常光（o）—no不遵守—非常光（e）—n注意：尋常、非常指光在折射時(shí)是否遵守折射定律，o光、e光也只在晶體內(nèi)部才有意義?！?3.12光的雙折射

110一、雙折射現(xiàn)象各向同性媒質(zhì)：在其中傳播的光，沿各個(gè)方向速二、光軸主平面主截面主截面—由晶體的光軸與表面法線決定。主平面—由光軸與光線決定。o光振動(dòng)

垂直于o光的主平面。e光振動(dòng)

平行于e光的主平面。光軸—晶體中的方向，沿此方向o、e光速度相同—無雙折射。單光軸晶體：石英、方解石雙光軸晶體：云母、黃玉…oe當(dāng)入射面和主截面重合時(shí)o光、e光的主平面、主截面三者重合。111二、光軸主平面主截面主截面—由晶體的光軸與表面法v0三、主速度、主折射率沿光軸方向e、o光速度相同負(fù)晶體正晶體vo、ve

稱晶體的主速度，相應(yīng)的折射率no、ne

稱晶體的主折射率.vevevo112v0三、主速度、主折射率沿光軸方向e、o光速度相同負(fù)晶體正晶四、利用雙折射獲得線偏振光1.尼可爾棱鏡ACNM······ACNMeeo113四、利用雙折射獲得線偏振光1.尼可爾棱鏡ACNM····前一半2、沃拉斯頓棱鏡（偏光分束鏡）ZZ方解石

no>neo光e光e光后一半o光注意：光在兩塊方解石中都是垂直光軸傳播。折射角小于入射角折射角大于入射角114前一半2、沃拉斯頓棱鏡（偏光分束鏡）ZZ方解石no>ZZ請(qǐng)你練習(xí)

畫出自然光垂直通過洛匈棱鏡（方解石磨制）o光、e光的傳播方向，振動(dòng)方向！o光e光o光e光115ZZ請(qǐng)你練習(xí)畫出自然光垂直通過洛匈棱鏡（方解石磨制）o對(duì)o光和e

光的吸收有很大差異。電氣石Z1mm厚的電氣石可將o光吸收凈，e光卻有剩余——可制成偏振片。3、二向色性晶體116對(duì)o光和e光的吸收有很大差異。電氣石Z1mm厚的電氣石可對(duì)嗎？例題

用方解石切割成正三角形截面的棱鏡，自然光以i角入射，定性畫出o光、e光的振動(dòng)方向，傳播方向。光軸

解：方解石——負(fù)晶體——垂直光軸方向ve>voo光e光ie光o光o光、e光只在晶體內(nèi)部才有意義！只有在晶體內(nèi)部才有意義117對(duì)嗎？例題用方解石切割成正三角形截面的棱鏡，自然光以i

光學(xué)------研究光的現(xiàn)象;光的本性;光與物質(zhì)的相互作用.20世紀(jì)60年代激光問世后，光學(xué)有了飛速的發(fā)展，形成了非線性光學(xué)等現(xiàn)代光學(xué)?！鴰缀喂鈱W(xué)：以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)，研究各種光學(xué)儀器的理論?！孔庸鈱W(xué)：以光的量子理論為基礎(chǔ)，研究光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律。▲波動(dòng)光學(xué)：以光的電磁波本性為基礎(chǔ)，研究傳播規(guī)律，特別是干涉、衍射、偏振的理論和應(yīng)用。第13波動(dòng)光學(xué)基礎(chǔ)118光學(xué)------研究光的現(xiàn)象;光的本性;20世紀(jì)60光的干涉：雙縫干涉，薄膜干涉，劈尖和牛頓環(huán)光的衍射：惠更斯原理，單縫衍射，衍射光柵光的偏振：線偏振光，自然光，偏和檢偏，馬呂斯定律，布儒斯特定律本章主要內(nèi)容光源，光的傳播119光的干涉：雙縫干涉，薄膜干涉，光的衍射：ILC例如L-C無阻尼振蕩電路1888年赫茲利用振蕩偶極子研究電磁波，得出電磁波的一些性質(zhì)§13.1光是電磁波一、電磁波1.電磁波的波源任何振動(dòng)的電荷或電荷系都是發(fā)射電磁波的波源。120ILC例如L-C無阻尼振蕩電路1888年赫茲利用振蕩偶極子2.平面電磁波的性質(zhì)（實(shí)驗(yàn)得出）（1）電磁波是電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的矢量波

uXYZ(2)的頻率、相位和振幅的關(guān)系同相、同頻（3）橫波(4)波速

真空中1212.平面電磁波的性質(zhì)（實(shí)驗(yàn)得出）（1）電磁波是電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)EHC（5）電磁波在兩種不同的界面上要發(fā)生反射和折射，由下式給出折射率。對(duì)非鐵磁質(zhì)122EHC（5）電磁波在兩種不同的界面上要發(fā)生反射和折射，3、電磁波的能量電磁波的傳播伴隨能量的傳播—輻射能能流密度：單位時(shí)間、單位面積上流過的能量空間某一位置：總能量密度能流密度大小：uus方向：沿的方向1233、電磁波的能量電磁波的傳播伴隨能量的傳播—輻射能能流密輻射強(qiáng)度（玻印亭矢量）平均輻射強(qiáng)度：I表示輻射強(qiáng)度在一個(gè)周期內(nèi)的平均值在光學(xué)中稱之為光強(qiáng)124輻射強(qiáng)度（玻印亭矢量）平均輻射強(qiáng)度：I表示輻射強(qiáng)度在一個(gè)周4000?紫7600?紅四、光是電磁波可見光是能引起人的視覺的那部分電磁波。發(fā)射光波的物體稱為光源?？梢姽獾牟ㄩL范圍約為400～760nm400——450——500——550——600——650——760nm紫藍(lán)綠黃橙紅1254000?7600?四、光是電磁波可見光的波長范圍約為40

§13.2光源光波的疊加一.普通光源與激光光源光源的最基本的發(fā)光單元是分子、原子。（1）熱輻射（2）電致發(fā)光（3）光致發(fā)光（4）化學(xué)發(fā)光126§13.2光源光波的疊加一.普通光源與激光光源光1.普通光源：自發(fā)輻射獨(dú)立（同一原子不同時(shí)刻發(fā)的光）獨(dú)立

（不同原子同一時(shí)刻發(fā)的光）··=(E2-E1)/hE1E2自發(fā)輻射躍遷波列波列長L=tc發(fā)光時(shí)間t10-8s原子發(fā)光：方向不定的振動(dòng)瞬息萬變的初位相此起彼伏的間歇振動(dòng)1271.普通光源：自發(fā)輻射獨(dú)立（同一原子不同時(shí)刻發(fā)的光）獨(dú)立2

激光光源：受激輻射E1E2

=(E2-E1)/h可以實(shí)現(xiàn)光放大;單色性好;相干性好。例如:氦氖激光器;紅寶石激光器;半導(dǎo)體激光器等等。完全一樣（頻率,相位,振動(dòng)方向,傳播方向都相同）1282激光光源：受激輻射E1E2=(E2-E1)/h二.光的單色性實(shí)際原子的發(fā)光:是一個(gè)有限長的波列,所以不是嚴(yán)格的余弦函數(shù),只能說是準(zhǔn)單色光:在某個(gè)中心頻率（波長）附近有一定頻率（波長）范圍的光。衡量單色性好壞的物理量是譜線寬度理想的單色光：具有恒定單一波長的簡諧波，它是無限伸展的。例:普通單色光:10-2100A激光：10-810-5

A00II0I0

/2譜線寬度129二.光的單色性實(shí)際原子的發(fā)光:是一個(gè)有限長的波列,所以衡量三.光波的疊加---干涉“當(dāng)兩列(或幾列)滿足一定條件的光波在某區(qū)域同時(shí)傳播時(shí),空間某些點(diǎn)的光振動(dòng)

始終加強(qiáng)；

某些點(diǎn)的光振動(dòng)

始終減弱，在空間形成一幅穩(wěn)定的光強(qiáng)分布圖樣”，稱為光的干涉現(xiàn)象。

相干條件：(2)頻率相同(3)有恒定的位相差(1)振動(dòng)方向相同130三.光波的疊加---干涉“當(dāng)兩列(或幾列)滿足一定條件兩列光波的疊加p···12r1r2P點(diǎn):其中：E0E1E2131兩列光波的疊加p···12r1r2P點(diǎn):其中：E0E1E2非相干光源I=I1

+I2—非相干疊加

完全相干光源平均光強(qiáng)為：132非相干光源I=I1+I2—非相干疊加

(k=0,1,2,3…)

相消干涉（暗）

(k=0,1,2,3…)極值條件

相長干涉（明）明紋暗紋133(k=0,1,2,3…)相消干涉（暗）(k=0相干光的獲得方法pS

*分波面法分振幅法·p薄膜S*134相干光的獲得方法pS*分波面法分振幅法·p薄膜S*17SdD1、現(xiàn)象

明紋暗紋2.波程差的計(jì)算§13.3獲得相干光的方法楊氏雙縫干涉一.楊氏雙縫干涉135SdD1、現(xiàn)象明紋位置暗紋位置3.明暗紋中心的位置和級(jí)次：條紋間距相鄰兩亮紋(或暗紋)之間的距離都是136明紋位置暗紋位置3.明暗紋中心的位置和級(jí)次：條紋間距相鄰兩亮(1)一系列平行的明暗相間的條紋；

(3)4.條紋特點(diǎn)：(2)不太大時(shí)條紋等間距；

楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)第一次測(cè)定波長這個(gè)重要的物理量.(4)若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。在屏幕上x=0處各種波長的波程差均為零，各種波長的零級(jí)條紋發(fā)生重疊，形成白色明紋。137(1)一系列平行的明暗相間的條紋；(3)4.條紋特點(diǎn)：(討論影響雙縫干涉條紋分布的因素。（1）若D、d已定，只有，條紋間距變寬。若已定，只有D↑、d↓（仍然滿足d>>)，條紋間距變寬。兩相鄰明紋（或暗紋）間距138討論影響雙縫干涉條紋分布的因素。（1）若D、d已定，只有例.鈉光燈作光源，波長，屏與雙縫的距離D=500mm,(1)d=1.2mm和d=10mm,相鄰明條紋間距分別為多大？（2)若相鄰明條紋的最小分辨距離為0.065mm,能分辨干涉條紋的雙縫間距是多少？解｛1｝d=500mmd=10mm｛2｝雙縫間距d為139例.鈉光燈作光源，波長例1、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，P為屏上第五級(jí)亮紋縮在位置。現(xiàn)將一玻璃片插入光源發(fā)出的光束途中，則P點(diǎn)變?yōu)橹醒肓翖l紋的位置，求玻璃片的厚度。P解、沒插玻璃片之前二光束的光程差為已知:玻璃插玻璃片之后二光束的光程差為140例1、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，P為屏上第五級(jí)亮紋縮在位置?，F(xiàn)將P解、例1用白光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，能觀察到幾級(jí)清晰可辨的彩色光譜？解:

用白光照射時(shí)，除中央明紋為白光外，兩側(cè)形成內(nèi)紫外紅的對(duì)稱彩色光譜.當(dāng)k級(jí)紅色明紋位置xk紅大于k+1級(jí)紫色明紋位置x(k+1)紫時(shí)，光譜就發(fā)生重疊。據(jù)前述內(nèi)容有141例1用白光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，能觀察到幾級(jí)清晰可辨的彩色光將紅=7600?，紫=4000?代入得K=1.1因?yàn)閗只能取整數(shù)，所以應(yīng)取k=2這一結(jié)果表明：在中央白色明紋兩側(cè)，只有第一級(jí)彩色光譜是清晰可辨的。142將紅=7600?，紫=3.

菲涅耳雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)EE`MNss1s2dBCp1433.菲涅耳雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)EE`MNss1s2dBCp26ABCM1M2s點(diǎn)光源4.

菲涅耳雙面鏡干涉實(shí)驗(yàn)屏平面鏡144ABCM1M2s點(diǎn)光源4.菲涅耳雙面鏡干涉實(shí)驗(yàn)屏平面鏡2MAB屏P問題：5.洛埃德鏡實(shí)驗(yàn).BAs1s2虛光源反射鏡點(diǎn)光源當(dāng)屏移到位置時(shí)，在屏上的P點(diǎn)應(yīng)該出現(xiàn)暗條紋還是明條紋？145MAB屏P問題：5.洛埃德鏡實(shí)驗(yàn).BAs1s2虛光源反媒質(zhì)1

光疏媒質(zhì)媒質(zhì)2

光密媒質(zhì)n1n2折射波反射波入射波

光在垂直入射（i=0）或者掠入射（i=90°）的情況下，如果光是從光疏媒質(zhì)傳向光密媒質(zhì)，在其分界面上反射時(shí)將發(fā)生半波損失。折射波無半波損失。半波損失若n1<n2

146媒質(zhì)1光疏媒質(zhì)n1n2折射波反射波入射波光在垂直入§13.4光程與光程差相位差在分析光的疊加時(shí)十分重要，為便于計(jì)算光通過不同媒質(zhì)時(shí)的相位差，引入光程概念。一.光程真空中λ··xab─真空中波長

媒質(zhì)中n─媒質(zhì)中波長媒質(zhì)··xab光通過媒質(zhì)時(shí)不變，但要變，設(shè)為。147§13.4光程與光程差相位差在分析光的疊加時(shí)十分重要，為定義：光程nx—折射率為n的媒質(zhì)中，光在距離x上的等效真空路程，稱為光程．因?yàn)樗?48定義：光程nx—折射率為n的媒質(zhì)中，光在距離x上因?yàn)樗鶑南辔豢矗好劫|(zhì)中距離x包含的波長數(shù)與真空中距離nx包含的波長數(shù)相同，即二者產(chǎn)生相同的相差。從時(shí)間看：光在媒質(zhì)中通過距離x的時(shí)間與在真空中通過距離nx的時(shí)間相同。采用光程差，就可一律用真空中的波長來計(jì)算相位差。149從相位看：媒質(zhì)中距離x包含的波長數(shù)與從時(shí)間看：光在媒質(zhì)中通過[例]nS1S2r1r2dP·二.光程差：三.相位差和光程差的關(guān)系：有時(shí)記作150[例]nS1S2r1r2dP·二.光程差：三.相位差和光程在光學(xué)中常用到透鏡。三.透鏡不產(chǎn)生附加光程差Sacb··S實(shí)驗(yàn)告訴我們：

物點(diǎn)到象點(diǎn)各光線之間的光程差為零(不證)。acbFabcF’F151在光學(xué)中常用到透鏡。三.透鏡不產(chǎn)生附加光程差Sacb·例1、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，P為屏上第五級(jí)亮紋縮在位置。現(xiàn)將一玻璃片插入光源發(fā)出的光束途中，則P點(diǎn)變?yōu)橹醒肓翖l紋的位置，求玻璃片的厚度。P解、沒插玻璃片之前二光束的光程差為已知:玻璃插玻璃片之后二光束的光程差為152例1、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，P為屏上第五級(jí)亮紋縮在位置。現(xiàn)將P解、一、等傾干涉（暗）=13.5薄膜等厚干涉1、等傾干涉相長與相消的條件To25返回3153一、等傾干涉（暗）=13.5薄膜等厚干涉1、等傾干1、傾角相同的光線形成的干涉光光強(qiáng)相同。問題：1、透射光的干涉情況如何？2、透鏡換成眼睛能看到這些條紋嗎？2、所有的平行光匯聚在透鏡焦平面上的同一點(diǎn)。使條紋的對(duì)比度更高。3、透鏡正放，焦面上條紋是一組同心圓。2、等傾干涉的特點(diǎn)1541、傾角相同的光線形成的干涉光光強(qiáng)相同。問題：1、透射光的干1.劈尖（劈形膜）劈尖——夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜。劈尖干涉在膜表面附近形成明、暗相間的條紋。dnAnn(設(shè)n>

n

)反射光1反射光2S*單色平行光·121、2兩束反射光來自同一束入射光，它們可以產(chǎn)生干涉。觀察劈尖干涉的實(shí)驗(yàn)裝置通常讓光線幾乎垂直入射。二、等厚干涉

1551.劈尖（劈形膜）劈尖——夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜。設(shè)單色平行光線在A點(diǎn)處入射，膜厚為d，在n,定了以后,只是厚度d的函數(shù)。反射光1單色平行光垂直入射dnnn·A反射光2(設(shè)n>

n

)一個(gè)厚度d，對(duì)應(yīng)著一個(gè)光程差，

對(duì)應(yīng)著一個(gè)條紋——等厚條紋。反射光1,2疊加要不要考慮半波損失？通常讓光線幾乎垂直入射：156設(shè)單色平行光線在A點(diǎn)在n,定了以后,只是厚度d在此問題中，棱邊處是亮紋還是暗紋？亮紋暗紋dkdk+1（答：暗紋）相鄰兩條亮紋對(duì)應(yīng)的厚度dk,dk+1相差多大？亮紋與暗紋等間距地相間排列。157在此問題中，棱邊處是亮紋還是暗紋？亮紋暗紋dkdk+1（答設(shè)相鄰兩條亮紋對(duì)應(yīng)的厚度差為d：有設(shè)條紋間距為L

所以有ddkdk+1L條紋分得更開，更好測(cè)量。158設(shè)相鄰兩條亮紋對(duì)應(yīng)的厚度差為d：有設(shè)條紋間距為L所以平行光入射,平凸透鏡與平晶間形成空氣劈尖。平晶S分束鏡M顯微鏡0平凸透鏡.暗環(huán)drR·平晶平凸透鏡o觀察牛頓環(huán)的裝置示意圖d可用r,R表示:2.牛頓環(huán)159平行光入射,平凸透鏡與平晶間形成空氣劈尖。平晶S分束鏡M顯對(duì)空氣劈尖，光程差（∵n=1）(1)代入(2)得，第k級(jí)暗環(huán)半徑為暗環(huán)：中心是暗點(diǎn)（k=0）160對(duì)空氣劈尖，光程差（∵n=1）(1)代入(2)得，第k級(jí)暗實(shí)用的觀測(cè)公式：（暗紋）牛頓環(huán)裝置還能觀測(cè)透射光的干涉條紋，它們與入射光的干涉條紋正好亮暗互補(bǔ)。(想一想為甚麼？)由內(nèi)疏外密所以條紋間距：161實(shí)用的觀測(cè)公式：（暗紋）牛頓環(huán)裝置還能觀測(cè)透射光的干涉條紋，3、干涉的應(yīng)用玻璃n1=1.5，鍍MgF2

n2=1.38，放在空氣中，白光垂直射到膜的表面，欲使反射光中=550nm的成分相消，求：膜的最小厚度。反射光相消=增透思考：若n2>n3會(huì)得到什么結(jié)果？為什么望遠(yuǎn)鏡的鏡片有的發(fā)紅，有的發(fā)藍(lán)？

（1）增透膜與增反膜效果最好——1623、干涉的應(yīng)用玻璃n1=1.5，鍍MgF2n（2）測(cè)長度微小變化（3）檢查光學(xué)平面的缺陷受熱膨脹干涉條紋移動(dòng)玻璃板向上平移條紋整體移l改變d條紋偏向膜（空氣）厚部表示平面上有凸起。平面上有凹坑。163（2）測(cè)長度微小變化（3）檢查光學(xué)平面的缺陷受熱膨脹干涉條紋(5)測(cè)入射光的波長：(4)測(cè)透鏡球面的半徑R：已知，數(shù)清m，測(cè)出rk、rk+m，則R已知，數(shù)清m，測(cè)出rk，rk+m，則164(5)測(cè)入射光的波長：(4)測(cè)透鏡球面的半徑R：壓環(huán)外擴(kuò)：要打磨中央部分壓環(huán)內(nèi)縮：要打磨邊緣部分（6）牛頓環(huán)在光學(xué)冷加工中的應(yīng)用每一圈對(duì)應(yīng)厚度差（因?yàn)閚=1）165壓環(huán)外擴(kuò)：要打磨中央部分壓環(huán)內(nèi)縮：要打磨邊緣部分（6）牛頓環(huán)§13.6惠更斯—菲涅耳原理一、光的衍射現(xiàn)象當(dāng)障礙物的線度接近光的波長，衍射現(xiàn)象尤其顯著。

a

<0.1mm166§13.6惠更斯—菲涅耳原理一、光的衍射現(xiàn)象當(dāng)障礙物的線二、惠更斯—菲涅耳原理菲涅耳補(bǔ)充：從同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波是相干波?！?818年惠更斯：光波陣面上每一點(diǎn)都可以看作新的子波源，以后任意時(shí)刻，這些子波的包跡就是該時(shí)刻的波陣面?！?690年解釋不了光強(qiáng)分布！

167二、惠更斯—菲涅耳原理菲涅耳補(bǔ)充：從同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子三、菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射光源光源衍射屏觀察屏I為夫瑯禾費(fèi)衍射，否則為菲涅耳衍射。168三、菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射光源光源衍射屏觀察屏I為夫瑯禾費(fèi)P點(diǎn)的光強(qiáng)取決于狹縫上各子波源到此的光程差。光強(qiáng)分布？I§13.7單縫夫瑯禾費(fèi)衍射為縫邊緣兩條光線在p點(diǎn)的光程差為衍射角169P點(diǎn)的光強(qiáng)取決于狹縫上各子波源到此的光程差。光強(qiáng)分布？I§1單縫衍射圖樣的主要規(guī)律：(1)中央亮紋最亮；中央亮紋寬度是其他亮紋寬度的兩倍；其他亮紋的寬度相同；亮度逐級(jí)下降。(2)縫a越小，條紋越寬。（即衍射越厲害）(3)波長

越大，條紋越寬。（即有色散現(xiàn)象)屏幕屏幕如何解釋這些實(shí)驗(yàn)規(guī)律？170單縫衍射圖樣的主要規(guī)律：(1)中央亮紋最亮；(2)縫a越一.(菲涅耳)半波帶法設(shè)考慮屏上的P點(diǎn)(它是衍射角平行光的會(huì)聚點(diǎn))：當(dāng)=0時(shí),

P在O點(diǎn),為中央亮紋的中心；這些平行光到達(dá)O點(diǎn)是沒有相位差的。當(dāng)時(shí),相應(yīng)P點(diǎn)上升，各條光線之間產(chǎn)生了相位差，所以光強(qiáng)減小；到什么時(shí)候光強(qiáng)減小為零呢?或者說,第一暗紋的是多大呢?S*

f

f

a透鏡L透鏡L·pAB縫平面觀察屏0δ171一.(菲涅耳)半波帶法設(shè)考慮屏上的P點(diǎn)當(dāng)=0時(shí),P當(dāng)光程差

=a

sin

=2×/2時(shí),如圖所示，可將縫分成了兩個(gè)“半波帶”：兩個(gè)“半波帶”上相應(yīng)的光線1與1’在P點(diǎn)的相位差為，-----衍射角.aθ1′2BA半波帶半波帶12′λ/2半波帶半波帶121′2′所以兩個(gè)“半波帶”上發(fā)的光，在P點(diǎn)處干涉相消，就形成第一條暗紋。兩個(gè)“半波帶”上相應(yīng)的光線2與2’在P點(diǎn)的相位差為，172當(dāng)光程差=asin=2×/2時(shí),如當(dāng)=2

時(shí)，可將縫分成四個(gè)“半波帶”，它們發(fā)的光在P處兩兩相消，又形成暗紋……當(dāng)再，=3/2時(shí)，可將縫分成三個(gè)“半波帶”，aλ/2BAθθaBAλ/2其中兩個(gè)相鄰的半波帶發(fā)的光在P點(diǎn)處干涉相消，剩一個(gè)“半波帶”發(fā)的光在P點(diǎn)處合成，P點(diǎn)處即為中央亮紋旁邊的那條亮紋的中心。173當(dāng)=2時(shí)，可將縫分成四個(gè)“半波帶”，當(dāng)再菲涅耳半波帶的數(shù)目決定于對(duì)應(yīng)沿方向衍射的平行光狹縫，波陣面可分半波帶數(shù)1、N由

a、、確定。2、N不一定是整數(shù)。174菲涅耳半波帶的數(shù)目決定于對(duì)應(yīng)沿方向衍射的平行光狹縫，波陣面

二、單縫衍射明暗條紋條件——暗紋——明紋(中心)上述暗紋和中央明紋(中心)的位置是準(zhǔn)確的，其余明紋中心的實(shí)際位置較上稍有偏離。由半波帶法可得明暗紋條件為：——中央明紋中心175二、單縫衍射明暗條紋條件——暗紋——明紋(中心)三、衍射圖樣衍射圖樣中各級(jí)條紋的相對(duì)光強(qiáng)如圖所示./a-(/a)2(/a)-2(

/a)0.0470.0171I/I00相對(duì)光強(qiáng)曲線0.0470.017sin中央極大值對(duì)應(yīng)的明條紋稱中央明紋。中央極大值兩側(cè)的其他明條紋稱次極大。176三、衍射圖樣衍射圖樣中各級(jí)條紋的相對(duì)光強(qiáng)如圖所示./a-明紋寬度中央明紋中央明紋：兩個(gè)一級(jí)暗紋見的距離，為1級(jí)暗紋對(duì)應(yīng)的衍射角上式為中央明紋角寬度177明紋寬度中央明紋中央明紋：兩個(gè)一級(jí)暗紋見的距離，為1級(jí)暗紋中央明紋xO中央明紋線寬度其他明紋寬度178中央明紋xO中央明紋線寬度其他明紋寬度61總結(jié)：或中央亮紋的邊緣對(duì)應(yīng)的衍射角1，稱為中央亮紋的半角寬

——中央明紋(中心)——其他明紋(中心)

而或——暗紋(中心)（注意k0）（注意k0）179總結(jié)：或中央亮紋的邊緣對(duì)應(yīng)的衍射角1，稱為中央亮紋的半角寬前面的實(shí)驗(yàn)規(guī)律得到了解釋：中央亮紋最亮，其寬度是其他亮紋的兩倍；其他亮紋的寬度相同；亮度逐級(jí)下降（為什么？)。(2)縫a越小，條紋越寬。(3)波長

越大，條紋越寬。思考：從衍射角度分析,廣場(chǎng)上的音柱為何豎放而不橫放？屏幕屏幕sin/a0-/a-2/a-3/a2/a3/a180前面的實(shí)驗(yàn)規(guī)律得到了解釋：中央亮紋最亮，其寬度是(2)例題：單縫寬a=0.5mm，波長0.5×109m。透鏡焦距f=0.5m,求（1）中央明紋的寬度，（2)第1級(jí)明紋的寬度181例題：單縫寬a=0.5mm，波長0.5×109m。透第一明紋的寬度182第一明紋的寬度651中央亮紋的半角寬明紋暗紋的圖示xf1831中央亮紋的半角寬明紋暗紋的圖示xf66條紋散開了狹縫寬窄對(duì)衍射條紋的影響光通量減少，清晰度變差。184條紋散開了狹縫寬窄對(duì)衍射條紋的影響光通量減少，清晰度變差。6泊松菲涅耳泊松點(diǎn)阿喇果蓋呂薩克拉普拉斯比奧楊氏雙縫干涉