第十一講波動光學(xué)課件

第十一講波動光學(xué)§11-1

楊氏雙縫干涉§11-2

光的衍射§11-3

光的偏振光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光的偏振現(xiàn)象顯示出光的橫波性?！?1-1楊氏雙縫干涉一、光源1.光源的發(fā)光機理光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子E2E1hv

=(E2-E1)/h波列L=c持續(xù)時間約為

10-8秒,但典型值內(nèi)大約包含5106

個振動周期.普通光源自發(fā)輻射獨立(同一原子先后發(fā)的光)獨立(不同原子發(fā)的光)光波列頻率、位相、振動方向等具有隨機性。2.光的顏色和光譜可見光頻率范圍:7.7×1014~3.9×1014Hz可見光波長范圍:3900?

~7600?可見光顏色對照:紫~紅單色光——只含單一波長的光。復(fù)色光——含多種波長的光。實際原子的發(fā)光是一個有限長的波列,所以不是嚴(yán)格的余弦函數(shù),只能說是準(zhǔn)單色光.光的單色性用譜線寬度來度量0I0

單色光源：在1~0.1?

激光：在10-8?E矢量，稱為光矢量。E矢量的振動稱為光振動。3.光強光強I

：在光學(xué)中，通常把平均能流密度稱為光強。在波動光學(xué)中，主要討論的是相對光強，因此在同一介質(zhì)中直接把光強定義為：二、光的相干性兩頻率相同，光矢量方向相同的光波列在p點相遇疊加pr1r2s1s2P點的光矢量的合振幅為在觀察時間內(nèi)，人所感覺到的光強I干涉項1.非相干疊加若S1,S2是非相干光源,則P點光強：疊加后光強等與兩光束單獨照射時的光強之和，無干涉現(xiàn)象。2.相干疊加滿足相干條件的兩束光疊加,則（相干疊加）▲干涉相長(明)（k=0,1,2…）▲干涉相消(暗)

(k=0,1,2…)4I

兩相干光束2I

兩非相干光束I一個光源35-5-3-I(1)分波陣面方法:楊氏干涉(2)分振幅的方法:等傾干涉、等厚干涉普通光源獲得相干光的途徑（方法）三、楊氏雙縫干涉

1801年，英國物理學(xué)家托馬斯楊首次從實驗獲得了兩列相干的光波，觀察到了光的干涉現(xiàn)象，為光的波動學(xué)說建立確定了堅實的實驗基礎(chǔ)。屏雙縫點光源os1s2sr1r2dDxPIx波程差位相差由于分波面法，兩列相干波的初相相同1.干涉加強或干涉減弱的條件加強或明紋：(k=0,1,2…）明紋位置x越大,干涉條紋的級次也越大.減弱或暗紋：

(k=1,2…)暗紋位置條紋間距2.雙縫干涉條紋的特點(1)以0點對稱排列的平行的明暗相間的條紋；(2)在不太大時，條紋等間距分布,與干涉級k無關(guān)。x

,

白光入射時，中央為白色明紋，其它級次出現(xiàn)彩色條紋,

有重疊現(xiàn)象。K=1K=0K=1K=2K=2K3K3方法一：方法二：

(3)

D,d一定時，由條紋位置或間距可算出單色光的波長。四、光程與光程差干涉現(xiàn)象決定于兩束相干光的位相差。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。光在介質(zhì)中傳播幾何路程為r，相應(yīng)的位相變化為

1.光程光在某一介質(zhì)中所經(jīng)過的幾何路程r和該介質(zhì)的折射率n的乘積nr叫做光程.光經(jīng)歷幾種介質(zhì)時光程表示在相同的時間內(nèi)光在真空中通過的路程即：光程這個概念可將光在介質(zhì)中走過的路程，折算為光在真空中的路程u1u2u3s1s2s32.光程差若兩相干光源不是同位相的兩相干光源同位相，干涉條件§11-2光的衍射一、光的衍射惠更斯菲涅耳原理1.光的衍射現(xiàn)象及分類光在傳播過程中遇到障礙物時，能繞過障礙物的邊緣繼續(xù)前進(jìn)，這種偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射現(xiàn)象.縫較大時，光是直線傳播的陰影屏幕屏幕縫很小時，衍射現(xiàn)象明顯二、單縫夫瑯禾費衍射1.單縫衍射實驗S屏幕L1L2K單縫衍射圖樣的主要規(guī)律：(1)中央亮紋最亮,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)2.半波帶法只須考慮各子波源所發(fā)出的沿同一方向的平行衍射光，衍射光與原入射光方向的夾角（衍射角)變化范圍為0→±/2aABfL2L1S0PC△平行衍射光的最大光程差(1)中央明紋=0→

△=0(2)當(dāng)△=asin=時,

可將縫分為兩個“半波帶”11/相消22/相消/2ABa半波帶半波帶兩個半波帶發(fā)的光在p處干涉相消形成暗紋(3)當(dāng)△=asin=3/2時,

可將縫分成三個半波帶ABa/2剩一個半波帶發(fā)的光在

P點處疊加為亮紋結(jié)論中央明紋(準(zhǔn)確)k=1,2,…暗紋

(準(zhǔn)確)k=1,2,…明紋(近似)半波帶法利用較粗糙的分割方式，從而使積分化為有限項的求和。

中央明紋中心和暗紋位置是準(zhǔn)確的，其余明紋中心的位置是近似的，與準(zhǔn)確值稍有偏離。

對于任意衍射角，單縫不能分成整數(shù)個半波帶，在屏幕上光強介于最明與最暗之間。3.單縫衍射條紋特點光強分布各級亮紋強度分布是不均勻的當(dāng)衍射角增加時,光強的極大值迅速衰減相對光強曲線I/I010.0470.01700.0470.017因為,↑→△↑,半波帶數(shù)增加，未被抵消的半波帶面積減少,所以

→I↓

(p點光強變小)

另外，當(dāng)：↑→K()↓

→I↓

角度寬△0:△0=21衍射的反比律其他明紋的寬度線寬度△x:角度寬△:影響衍射圖樣的a和的影響

越大，衍射越顯著,條紋間距越寬。a的影響

縫越狹，衍射越顯著，條紋間距越寬。I0sin只存在中央明文，屏幕是一片亮。只顯出單一的明條紋單縫的幾何光學(xué)像∴幾何光學(xué)是波動光學(xué)在a>>時的極限情形。*單縫衍射條紋亮度分布設(shè)中央條紋的中心，其光強為I0,衍射角為時，光會聚于屏上P

處，其光強為I，則由惠更斯——菲涅耳原理可得當(dāng)

＝0時，u＝0，I＝I0，中央極大當(dāng)asin

＝k，k＝±1，±2，±3，…時,

u＝k，I＝0即為暗條紋I/I010§11-3光的偏振一、自然光和偏振光1.橫波的偏振性振動面：通過波的傳播方向且包含振動矢量的平面。偏振:

波的振動方向相對傳播方向的不對稱性。光的偏振態(tài):

光矢量在與光傳播方向垂直的平面內(nèi)的振動狀態(tài)。2.自然光自然光是非偏振光

光振動的振幅在垂直于光波的傳播方向上，既有時間分布的均勻性，又有空間分布的均勻性，具有這種特性的光就叫自然光。自然光的分解一般但此時非相干因此,自然光的表示3.線偏振光光矢量的振動方向始終不變的光，叫線偏振光。又稱平面偏振光E傳播方向振動面面對光的傳播方向看線偏振光的表示法：光振動平行板面光振動垂直板面4.部分偏振光光矢量的振動各個方向都有，一個方向振動較弱，而另一方向振動較強的光，叫部分偏振光.部分偏振光可以看作是由一個完全偏振光和一個自然光混合起來組成的。表示法：二、起偏和檢偏馬呂斯定律1.偏振片的起偏、檢偏起偏：把自然光(或非偏振光)變成線偏振光的過程。檢偏：檢查入射光的偏振性。起偏的原理:

利用某種形式的不對稱性偏振化方向:偏振片上允許通過光振動的