大學(xué)物理第十七章波動(dòng)光學(xué)A (2)課件

第十七章

波動(dòng)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(duì)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(diǎn)：原子發(fā)光是斷續(xù)的,每次發(fā)光形成一個(gè)短短的波列,各原子各次發(fā)光相互獨(dú)立，各波列互不相干。二、光源發(fā)光可見光波長(zhǎng)范圍可見光顏色對(duì)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(gè)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(zhǎng)介質(zhì)的折射率介質(zhì)中的波長(zhǎng)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(gè)點(diǎn)光源S1，S2發(fā)出的光波在P點(diǎn)相遇討論:定義：光程差真空中波長(zhǎng)結(jié)論兩束相干光通過不同的介質(zhì)時(shí)，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(shí)附加實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)明暗明暗明紋暗紋條件Ik=+1k=-2k=+2k=0k=-1S*條紋特點(diǎn)S2**S1(1)一定時(shí)，若變化,則將怎樣變化？(2)一定時(shí),條紋間距與的關(guān)系如何？例1

在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用波長(zhǎng)=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(shí)，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(shí)(2)

d=10mm時(shí)例3：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用折射率的玻璃膜蕧蓋在一條縫上，這時(shí)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(zhǎng)為，求玻璃膜的厚度。解：從S1和S2發(fā)出的相干光所對(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)同一干涉條紋薄膜不同厚度處對(duì)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(shí)光的干涉當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)(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(zhǎng)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(yáng)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(duì)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(diǎn):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(cè)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(shí)，劈尖斜坡頂點(diǎn)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(shí)均有半波損失，光程差滿足暗紋條件：第七條暗紋對(duì)應(yīng)k=6膜的厚度例1:

波長(zhǎng)為680nm的平行光照射到L=12cm長(zhǎng)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(zhǎng)度內(nèi)會(huì)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(wú)窮小量當(dāng)條紋級(jí)數(shù)改變一級(jí)某處厚度改變。條紋左移一級(jí)厚度增加,條紋右移一級(jí)厚度減少

劈尖干涉條紋的移動(dòng)

檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度判斷待測(cè)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(cè)得由中心往外數(shù)第k級(jí)明環(huán)的半徑,k

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

測(cè)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(dòng)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(shí)，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(cè)量。和之間距離有微小變化就會(huì)引起條紋明顯移動(dòng)移動(dòng)反射鏡將移動(dòng)一個(gè)條紋

干涉條紋的移動(dòng)

當(dāng)與之間距離變大時(shí)，圓形干涉條紋從中心一個(gè)個(gè)長(zhǎng)出,并向外擴(kuò)張,干涉條紋變密；距離變小時(shí)，圓形干涉條紋一個(gè)個(gè)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(cè)量干涉條紋移動(dòng)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(zhǎng)的玻璃管，其中一個(gè)抽成真空，另一個(gè)則儲(chǔ)有壓強(qiáng)為的空氣,用以測(cè)量空氣的折射率.設(shè)所用光波波長(zhǎng)為546nm，實(shí)驗(yàn)時(shí)，向真空玻璃管中逐漸充入空氣，直至壓強(qiáng)達(dá)到