波动光学(光学一)

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1、波动光学研究光的波动特性：干涉、衍射、偏振第十章光的干涉图15-9所示是一只美丽的蜂鸟，它颈部羽毛上那漂亮的彩色光泽是如何产生的呢?颈部羽毛上有一层漂亮的彩色光泽这种彩色和在本章导读中的肥皂薄膜上的彩色都不能用光的微粒说加以解释，而利用波的干涉就可以很好地说明产生这种现象的原因。光有干涉现象吗?干涉现象是波的主要特征之一。光如果是一种波，我们就必然会观察到光的干涉现象。将两片刀片合在一起，在玻璃片的墨汁涂层上划出有很小间隙(约0.1mm)的双缝。按图15-10所示的方法，使激光束通过自制的双缝，观察光屏上出现的象。屏上有明暗相间的条纹1.光

2、的干涉由两束振动情况完全相同的光在空间相互叠加，在一些地方相互加强，在另一些地方相互削弱的现象，叫做光的干涉。干涉条纹特点：1。明暗条纹间距相同.2。红光条纹间距最大，紫光条纹间距最小3。白光干涉条纹为彩色条纹.杨氏双缝干涉实验最先在实验室里观察到光的干涉现象的科学家是英国物理学家托马斯·杨让一束光通过小孔射到第二个屏的两个小孔上，两孔相距0．1mm，且与前一个小孔的距离相等。如果光是传播某种振动的波，这两个小孔就成了两个振动情况完全相同的波源，它们发出的波在屏上叠加，就会出现干涉现象。在阳光下,为什么肥皂薄膜上会形成彩色图样?光从薄膜前表

3、面和后表面分别反射出来，形成两列振动情况完全相同的光波。当两列波反射回来时恰是波峰（波谷）和波峰（波谷）相遇，使光波的振动加强，形成亮条纹；当两列波的波峰和波谷相遇，使光波的振动互相抵消，形成暗条纹。如果用白光照射肥皂液薄膜，在薄膜上就出现了不同颜色的彩色条纹。条纹特点*横向彩色条纹*条纹间距上宽下窄2.薄膜干涉光照射到薄膜上时,从膜的前表面和后表面分别反射出来,形成两列相干光，产生了干涉现象。光的干涉现象在技术中有重要应用。干涉法检测表面平整度如果被测表面是平的，那么产生的干涉条纹就是平行的；如果被测表面某些地方不平，产生的干涉条纹就要发

4、生弯曲：还可以了解被测表面的不平情况。这种测量的精度可达10-6cm。增透膜。摄影机和电影放映机的镜头、潜水艇的潜望镜等，都是由透镜、棱镜等组成的。射入光时，在元件的表面上要发生反射，结果只有10％一20％的入射光通过装置，所成的像较暗。可以在透镜和棱镜的表面涂上一层薄膜（一般用氟化镁）。当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，在薄膜的两个面上反射的光，路程差恰好等于半个波长，发生干涉，相互抵消。这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。这种薄膜叫增透膜。干涉定义及其条件总结如果两波频率相等，在观察时间内波动不中断，而且在相遇处振

5、动方向几乎沿同一直线。那么，它们叠加后产生的合振动可能在有些地方加强，有些地方减弱，这一强度按空间周期性变化的现象称为干涉。一.光程光程与光程差设c为光在真空中的传播速度，v为光在折射率为n的媒质中的传播速度由折射率定义光程：光在某一媒质中走过的几何路程r与该媒质折射率n的乘积nr二.透镜的等光程性AF和CF在空气中传播距离长，在透镜中传播的距离短BF则相反AF、CF和BF的光程相等，它们会聚在F点，形成亮点透镜不会引起附加的光程差设振源S1和S2的振动为基础原理基础原理核心概念：光程那么，在空间某一点P的两振动就为合振动的振幅由下式决定：

6、实际上，我们所能观察到的是在一段时间内的平均强度。在某一时间间隔τ（τ＞T）内合振动的平均相对强度为：在任意时刻两振动在P点的位相差假设S1和S2的位相差不随时间改变，即由于在某一点两振动的光程差δ基本上由空间位置所决定，与时间无关，所以两振动在P点其位相差与时间无关，因此合振动的平均相对强度为波在P点引起的合振动的强度介于（A1+A2）2与（A1－A2）2之间，且完全由光程差决定。这样，空间各点由于相对应的两振动在该点的光程差各不相同，其合振动的平均相对强度也不相同，从而形成了强度在空间分布上的不均匀性，这就是光的相干性叠加。相应的两波源

7、S1和S2称相干波源。如果S1和S2相位相同：波数干涉相长干涉相消§10-2双缝干涉一.杨氏双缝实验1.装置原理2.干涉明暗条纹的位置波程差可得干涉明暗条纹的位置明纹暗纹其中讨论：对应于k=0的明纹称为中央明纹,对应于k=1,k=2,称为第一级,第二级，明纹相邻两明(或暗)纹的间距----明暗相间的等间隔条纹若，则明纹光强暗纹光强光强分布----I1、I2为两相干光单独在P点处的光强[例1]在杨氏双缝实验中，用折射率n=1.58的透明薄膜盖在上缝上，并用λ=6.32810－7m的光照射，发现中央明纹向上移动了5条，求薄膜厚度解：P点为

8、放入薄膜后中央明纹的位置又因P点是未放薄膜时第N级的位置可得：另解：光程差每改变一个，条纹移动一条因r2光程未变，r1改变了(n-1)x例题2两狭缝相距0.3mm,位于离屏幕5