大學(xué)物理第十七章波動光學(xué)A (2)課件

第十七章

波動光學(xué)基礎(chǔ)17-1

光源

光的相干性一,光是一種電磁波平面電磁波方程

光矢量(E矢量)：對人的眼視覺或感光儀器起主要作用。

真空中的光速P21

普通光源發(fā)光特點：原子發(fā)光是斷續(xù)的,每次發(fā)光形成一個短短的波列,各原子各次發(fā)光相互獨立，各波列互不相干。二、光源發(fā)光可見光波長范圍可見光顏色對照四.獲得相干光的基本方法(1)分波陣面法將同一波面上兩不同部分作為相干光源S*S1S2將透明薄膜兩個面的反射(透射)光作為相干光源(2)分振幅法(分振幅~分能量)PLC34E5A1B2五.光程相位差和光程差光在真空中的速度光在介質(zhì)中的速度真空中的波長介質(zhì)的折射率介質(zhì)中的波長1.同一介質(zhì)中相位差和波程差的關(guān)系波程差相位差干涉現(xiàn)象決定于兩束相干光的位相差,如光在同一介質(zhì)中傳播則決定于兩束光的波程差。分成的兩個點光源S1，S2發(fā)出的光波在P點相遇討論:定義：光程差真空中波長結(jié)論兩束相干光通過不同的介質(zhì)時，位相差不能單純由幾何路程差決定,而是由光程差決定。設(shè)法將光在介質(zhì)中傳播的距離折合成光在真空中的距離，AB3.透鏡不引起附加的光程差A(yù)B焦平面常見情況：(1)真空中加入厚d的介質(zhì)、產(chǎn)生附加光程差dn(2)光由光疏介質(zhì)(n較小)射到光密介質(zhì)(n較大)界面上反射時附加實驗裝置p波程差

17-2由分波前法產(chǎn)生的光的干涉1.楊氏雙縫實驗明暗明暗明紋暗紋條件Ik=+1k=-2k=+2k=0k=-1S*條紋特點S2**S1(1)一定時，若變化,則將怎樣變化？(2)一定時,條紋間距與的關(guān)系如何？例1

在楊氏雙縫干涉實驗中，用波長=589.3nm的納燈作光源，屏幕距雙縫的距離D=800mm，問：

(1)當(dāng)雙縫間距１mm時，兩相鄰明條紋中心間距是多少？(2)假設(shè)雙縫間距10mm，兩相鄰明條紋中心間距又是多少？解:(1)

d=1mm時(2)

d=10mm時例3：在雙縫干涉實驗中，用折射率的玻璃膜蕧蓋在一條縫上，這時屏上的第七條明紋移到原來的中央明紋的位置上，若入射光波長為，求玻璃膜的厚度。解：從S1和S2發(fā)出的相干光所對應(yīng)的光程差由第七條明紋出現(xiàn)在原來的中央明條紋處可知：由前式可知：光程差與干涉條紋位置的關(guān)系兩邊取變化量加入介質(zhì)后光程差：代入上式就可求出tP61917-3-2解：光程差變化量條紋位置變化量光程差變化量：位置變化量17-3由分振幅法產(chǎn)生的干涉---薄膜干涉1.平行平面膜干涉PLDC34E5A1B2作輔助線CD上表面光線從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)PLDC34E5A1B2

光程差減弱加強(qiáng)(1)薄膜厚度均勻(e一定)隨入射角i變化同一入射角i對應(yīng)同一干涉條紋干涉條紋為一組同心圓環(huán)等傾干涉薄膜同一厚度處對應(yīng)同一干涉條紋薄膜不同厚度處對應(yīng)不同干涉條紋等厚干涉(2)入射角i一定(平行光入射)，隨薄膜厚度e變化(3)關(guān)于透射光的光程差透射光4,5的光程差上式僅適用于：PLDC34E5A1B2同等情況下，在反射光的光程差和透射光的光程差相差。見p576

(4)當(dāng)光線垂直入射時光的干涉當(dāng)時當(dāng)時(5)應(yīng)用增透膜利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來減少反射，從而使透射增強(qiáng)。增反膜利用薄膜上、下表面反射光的光程差滿足相長干涉，因此反射光因干涉而加強(qiáng)。取氟化鎂為增透膜例1：利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率.

為了增加透射率,求氟化鎂膜的最小厚度.已知空氣氟化鎂減弱解

23玻璃解(1)例2一油輪漏出的油(折射率=1.20)污染了某海域,在海水(=1.30)表面形成一層薄薄的油污.(1)如果太陽正位于海域上空,一直升飛機(jī)的駕駛員從機(jī)上向下觀察,他所正對的油層厚度為460nm,則他將觀察到油層呈什么顏色?(2)如果一潛水員潛入該區(qū)域水下,又將看到油層呈什么顏色?綠色(2)透射光的光程差紅光紫光紫紅色2.等厚干涉(1)劈尖干涉MS劈尖角明紋暗紋光程差楞邊處d=0條紋特點:平行于棱邊，明、暗相間條紋。θlek+1eek(1)相鄰兩明紋（或暗紋）間的厚度差(2)相鄰明(暗)條紋間距

(3)劈尖干涉的應(yīng)用----測膜厚己知sio2的折射率n=1.46，并介于空氣與硅的折射率之間，用的綠光垂直照射劈尖膜時，劈尖斜坡頂點處恰好是第七條暗紋，求sio2膜的厚度解：由于，綠光在sio2膜上、下表面反射時均有半波損失，光程差滿足暗紋條件：第七條暗紋對應(yīng)k=6膜的厚度例1:

波長為680nm的平行光照射到L=12cm長的兩塊玻璃片上，兩玻璃片的一邊相互接觸，另一邊被厚度Ｄ=0.048mm的紙片隔開.試問在這12cm長度內(nèi)會呈現(xiàn)多少條暗條紋？解共有142條暗紋共有141條明紋空氣討論：以明條紋條件為例兩邊取無窮小量當(dāng)條紋級數(shù)改變一級某處厚度改變。條紋左移一級厚度增加,條紋右移一級厚度減少

劈尖干涉條紋的移動

檢驗光學(xué)元件表面的平整度判斷待測平板上表面缺陷是凸形的

(2)牛頓環(huán)顯微鏡SLM半透半反鏡T明紋暗紋Rrd光程差Rrek明環(huán)半徑暗環(huán)半徑條紋內(nèi)疏外密Rrek例1:已知：用紫光照射，用顯微鏡測得由中心往外數(shù)第k級明環(huán)的半徑,k

級往上數(shù)第16個明環(huán)半徑，平凸透鏡的曲率半徑R=2.50m求：紫光的波長？解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：

測量透鏡的曲率半徑觀察暗環(huán)半徑半波損失需具體問題具體分析.17.3.5(P620)提示：存在如下關(guān)系式o1o2R1R2e1e2rrre2e1o2o1R2R1存在如下關(guān)系式17-4

邁克耳孫干涉儀單色光源反射鏡反射鏡補(bǔ)償板分光板移動導(dǎo)軌反射鏡反射鏡單色光源光程差的像當(dāng)不垂直于時，可形成劈尖型等厚干涉條紋.反射鏡反射鏡單色光源

邁克耳孫干涉儀的主要特性

(1)兩相干光束完全分開；(2)兩光束的光程差可調(diào)；(3)利用可以進(jìn)行精密測量。和之間距離有微小變化就會引起條紋明顯移動移動反射鏡將移動一個條紋

干涉條紋的移動

當(dāng)與之間距離變大時，圓形干涉條紋從中心一個個長出,并向外擴(kuò)張,干涉條紋變密；距離變小時，圓形干涉條紋一個個向中心縮進(jìn),干涉條紋變稀。插入介質(zhì)片光程差光程差變化光程差應(yīng)用：介質(zhì)片厚度測量干涉條紋移動數(shù)目介質(zhì)片厚度例:

在邁克耳孫干涉儀的兩臂中，分別插入

長的玻璃管，其中一個抽成真空，另一個則儲有壓強(qiáng)為的空氣,用以測量空氣的折射率.設(shè)所用光波波長為546nm，實驗時，向真空玻璃管中逐漸充入空氣，直至壓強(qiáng)達(dá)到