光学(修)12-1

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1、第十二章光学光学简史17世纪：波动说(Huygens)19世纪：电磁理论(Maxwell)——光的波动性20世纪初：康普顿效应(Compton)粒子说(Newton)双缝实验(ThomasYoung)光电效应——光的波粒二象性波动光学：光的干涉、衍射、偏振⒈相干条件§12.2相干光(CoherentLight)频率相同相位差恒定振动方向()相同⒉相干光源⑴不同原子发出的光，一般不是相干光。⑵同一原子发出的一束光，分成两束后成为相干光。§12.1几何光学分波面法分振幅法·p薄膜S*pS*折射率n§12.3光程(OpticalPath)⒈定义r光程：L=nre.g.rn

2、1n2d1d2⒉物理意义介质中波长真空中波长光在介质中几何路程r，与在真空中几何路程nr所经历的相位变化相同。——光程的物理意义光程本质：把介质中路程折合成真空中路程Notes:①半波损失：从光疏介质(n较小)到光密介质(n较大)入射，反射光附加光程/2.②透镜不产生附加的光程差：S1S2PQ§12.4杨氏双缝实验(YoungsDouble-SlitExperiment)ThomasYoung(1773-1829),1801年做成实验，确认了光的波动性。pxr1r2XDOd屏幕几何：很小(~10-3rad)D>>d(D/d~104)⒈光程差(∵D>>d)(

3、∵很小)令(明纹)(暗纹)k——条纹级次(对应于光程差)⒉条纹位置得(明纹)(暗纹)①同一级条纹在零级明纹两侧对称分布。②条纹间距相等：分布特点：一定时，若变化，则将怎样变化？条纹间距与的关系如何？一定时，e.g.D=1m,d=0.1mm=5500Å则x=5.5mm⒊条纹强度屏上任一点处：合场强：合振幅：记则有明纹强度=4I0暗纹强度=0强度：特殊情形：Notes:①若，则②若两束光不相干，则叠加处：⒋类双缝实验洛埃德(Lloyd)镜(半波损失！)菲涅耳(Fresnel)双镜菲涅耳双棱镜[例12-1]双缝实验,钠黄光(=5893Å),相邻两明条纹的角距离(即

4、相邻两明条纹对双缝中心处的张角)为0.20.⑴对于什么波长的光,相邻两明条纹的角距离将比用钠黄光测得的大10%？⑵若将装置浸入水中(n=1.33),相邻两明条纹的角距离有多大？解:⑴k+1级k级d(Å)⑵浸入水中，则明纹条件变为[思考]对结果的物理解释？[例12-2]如图，在双缝实验中，P点处是明条纹。若将缝S2盖住，并在S1S2连线的垂直平分面处放一反射镜M，则P点处的条纹有何变化？答:由明纹变为暗纹。S2P*SS1MS2P与S1MP，几何路程相同，但后者有半波损失L改变/2理由：§12.5薄膜干涉(InterferencefromThinFil

5、ms)——一束光分别经薄膜的两个表面反射后叠加而产生的干涉。薄膜干涉膜厚均匀，入射角不同：则同一条纹对应于同一入射角。(单色光)膜厚不均匀，垂直入射：则同一条纹位于薄膜的同一厚度处。——*等倾干涉——等厚干涉⒈增透膜(highly-transmittingcoating)——减少反射设n1

6、明纹)(暗纹)⑵条纹间距ekek+1ln相邻两条纹光程差的改变量：于是①每一条纹上各点对应的劈尖厚度相等。②尖顶处为暗纹。——等厚条纹⑶条纹特点③条纹间距相等。⑷应用——检测微小厚度或表面缺陷[例12-3](A)凸起且高度为/4(B)凸起且高度为/2(C)凹陷且深度为/2(D)凹陷且深度为/4如图，每一条纹弯曲部分的顶点恰与其左边条纹直线部分的连线相切，则工件表面与条纹弯曲处对应的部分工件玻璃解:条纹向尖顶方向弯曲工件表面有一凹槽相邻条纹对应的气隙厚度相差/2凹槽深度=/2[思考]若条纹向相反方向弯曲，结果？(C)[例12-4]折射率为1.60

7、的两块平玻璃板之间形成空气劈尖，用=600nm的光垂直入射。当在劈尖内充满n=1.40的液体时相邻明纹间距缩小0.5mm，则劈尖角=.解:空气：条纹间距液体：条纹间距[思考]①为什么充液时条纹间距缩小？②设计一种测量液体折射率的方法？⒊牛顿环(Newtonsrings)——一种特殊的劈尖干涉现象(渐变)环状条纹(牛顿环)eRr平玻璃板平凸透镜空隙在空隙上下表面反射的光产生干涉设空隙介质的折射率为n则于是几何：⑴圆环半径Rre令(明纹)(暗纹)得(明纹)(暗纹)⑵条纹特点①每一条纹上各点对应的空隙厚度相等——等厚条纹[思考]①用手轻按平凸透镜，条纹将如何移