中山大学课件-普物-光学.ppt

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1、第十二章波动光学17世纪，牛顿的微粒说，惠更斯的波动说，都可以解释反射、折射，但微粒说认为水中的光速大于真空中的光速；19世纪初，光的干涉、衍射、偏振－与微粒说不相容；1862，傅科测定水中的光速小于真空中的光速－光的波动说；1860，麦克斯韦，光是电磁波；1900年，光的粒子性；光的波粒二象性。1基础理论的发展：傅立叶光学、相干光学、信息处理、强激光下的非线性光学；技术发展：全息照相技术、集成光学、光通讯；干涉、衍射、偏振的应用：长度的精密测量、光谱学的测量与分析、光弹性研究、晶体结构分析。2一、光的干涉12－2光源单色光相干光1、光源热能激发光源：白炽灯、

2、弧光灯；电致发光：稀薄气体的辉光放电、发光二极管；光致发光：荧光，磷光；化学发光：燃烧、萤火虫、磷的氧化。3电子在激发态10-11-10-8s；发光持续时间10-8s；42、单色光可见光4000－7600A。谱线宽度单色光源0.1-10-3nm，激光10-9nm5引起谱线宽度的原因：（1）波列的长度是有限的，根据傅立叶分析可知，一列有限长的周期性波列是由无数个振幅不同、频率连续变化的简谐波叠加的结果，所以它的换率就有一定大小的频宽；（2）原子相互碰撞将使原子的发光持续时间缩短，从而使谱线宽度加宽；（3）由于发光原子的热运动，原子发光的频率会产生多普勒效应，进一

3、步使谱线宽度加宽。63、相干光对人眼或感光仪器起作用的是电场矢量E，故E又叫光矢量。7位相差恒定时，8相干光：频率相同，方向相同，位相差恒定。两个独立的光源甚至同一光源的不同部分波列之间位相差不可能恒定－不是相干光。同一光源同一部分发出的光通过分束后获得相干光。两独立激光器在10-8-10-9s干涉条纹。94、相干光的获得方法分波阵面法，如杨氏双缝干涉；分振幅法，如薄膜干涉。1012－3双缝干涉1、杨氏双缝干涉11122、干涉明暗条纹的位置13暗纹1415163、菲涅耳双棱镜实验174、菲涅耳双镜实验18注意：玻璃反射的半波损失。5、洛埃德镜实验1912-4光

4、程与光程差1、光程－nx202、光程差213、等光程性使用透镜只改变光波的传播情况，但对物象间各光线不会引起附加的光程差。224、反射光的相位突变和附加光程差光从光疏媒质到光密媒质的反射有半波损失。23例题T2注入待测气体，干涉条纹移动。2412－5薄膜干涉－－等倾条纹1、等倾干涉条纹－分振幅法25光程差由入射角决定，相同的入射角有相同的光程差，对应同一干涉条纹－等倾条纹。26对薄膜反射干涉:明纹暗纹2728入射角越大，光程差越小，级数越低，外条纹级数低。面光源上每一点发出的光都要产生一组相应的干涉环纹，由于方向相同的平行光都被透镜会聚到焦平面上同一点，所以由

5、光源上不同点发出的光线，凡有相同倾角的，它们所形成的干涉环纹都重叠在一起．所以，干涉环纹的总光强是S上所有点光源产生的干涉环纹光强的非相干相加，这样就使干涉条纹更加明亮，这就是在实验中总是使用面光源来产生等倾条纹的道理。29302、增透膜和高反射膜利用薄膜的干涉使反射光减到最小。光垂直入射：透射相干光的光程差：31反射光相消ne等于1/4波长，选5500A反射光相消，反射光黄绿光最弱，红蓝光较强，呈蓝紫色。氦氖激光器等增加反射光的强度。低折射率的膜换成高折射率的膜，ne等于1/4波长。多层镀膜使某一特定波长的单色光透过－干涉滤光片。3212－5薄膜干涉－等厚条

6、纹1、等厚干涉条纹光线垂直入射。33等厚干涉条纹决定于膜层厚薄不匀的分布。垂直入射的反射干涉:342、劈尖膜353637把光学平面的标准玻璃块放工件上，利用劈尖的等厚干涉条纹检验工件的平整度，在测量的精密度达0.1微米。38P147例题12－930条明纹间距4.295mm。393、牛顿环4041作业：12-10，1-1442434412－6迈克尔孙干涉仪1、迈克尔孙干涉仪454647482*迈克尔孙－莫雷实验目的：测定地球在以太中运动的相对速度u。增长光路浮在水银面上49理论计算得干涉仪转过90度后条纹移动0.4条，实验用的干涉仪可以观察0.001条纹移动，但

7、观察不到条纹移动。爱因斯坦认为不同路径光速相同，以太不存在。502*光的非单色性对干涉条纹可见度的影响51二、光的衍射12-7光的衍射现象惠更斯－菲涅耳原理1、光的衍射现象光的波长很短，衍射现象不显著，只有当障碍物的大小比光的波长大得不多时，才能观察到衍射现象。5253542、菲涅耳衍射和夫琅和费衍射553、惠更斯－菲涅耳原理波在传播过程中，从同一波阵面上各点发出的子波，在空间某点相遇时产生相干干涉叠加。565712－8单缝的夫琅和费衍射1、单缝的夫琅和费衍射5859任何两个相邻波带所发出的子波在P点引起的光振动将完全相互抵消。606162632*、单缝衍射条

8、纹光强的计算－振幅矢量法把单缝处的波阵