廣東工業(yè)大學(xué)--物理光學(xué)復(fù)習(xí)提綱(重點(diǎn)歸納)

1、物理光學(xué)第一章 光的電磁理論1.1 光的電磁波性質(zhì)1.麥克斯韋方程組E d lBtCADd sAVBds0AdsEBtdvDB0CH dlA ( JDt ) d sHJDt2.物質(zhì)方程3.電磁場(chǎng)的波動(dòng)性波動(dòng)方程：2E12 E02t 22H12 H02t 24.電磁波c12.997 92 108m / s00光的來(lái)歷：由于電磁波傳播速度與實(shí)驗(yàn)中測(cè)定的光速的數(shù)值非常接近，麥克斯韋以此為重要依據(jù)，語(yǔ)言光是一種電磁波。麥克斯韋關(guān)系式： nr（注：對(duì)于一般介質(zhì)，r 或 n 都是頻率的函數(shù)，具體的函數(shù)關(guān)系取決于介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，色散）（注：相對(duì)介電常數(shù)通常為復(fù)數(shù)會(huì)吸收光）折射率：ncrr可見光范圍：可見光(76

2、0 nm380 nm)每種波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)顏色：紅色 760 nm650 nm綠 色 570 nm490 nm紫 色 430 nm380 nm橙 色 650 nm590 nm青 色 490 nm460 nm黃 色 590 nm570 nm藍(lán) 色 460 nm430 nm.1.2 平面電磁波1.2.1 波動(dòng)方程的平面波解波面：波傳播時(shí)，任何時(shí)刻振動(dòng)位相總是相同的點(diǎn)所構(gòu)成的面。平面波：波面形狀為平面的光波稱為平面波。球面波：波面為球面的波被稱為球面波。1.2.2 平面簡(jiǎn)諧波（ 1）空間參量空間周期：空間頻率：f1空間角頻率 (波數(shù) ):k k 2 f2 /f（ 2）時(shí)間參量12時(shí)間周期： TT時(shí)間頻率：T

3、時(shí)間角頻率：2T（ 3）時(shí)間參量與空間參量關(guān)系k1.2.3 一般坐標(biāo)系下的波函數(shù)（三維情形）1.2.4 簡(jiǎn)諧波的復(fù)指數(shù)表示與復(fù)振幅一維簡(jiǎn)諧波波函數(shù)表示為復(fù)指數(shù)取實(shí)部的形式：rrt0 )E(z,t)Acos(kzrRe Aexp i (kzt0)不引起誤解的情況下：rrE( z,t )Aexpi(kzt0 )復(fù)振幅：rrE(z)Aexpi(kz0 )1.6 光在兩介質(zhì)分界面上的反射和折射1.6.1 反射定律和折射定律入射波、反射波和折射波的頻率相同反射定律：反射角等于入射角折射定律：n i sinin r sinn i sinin t sinrt.B + t=90，即該入射角與相應(yīng)的折射角互為余

4、角。這就是布儒斯特定律。1.6.2 菲涅爾公式s 分量和 p 分量：Eip通常把垂直于入射面振動(dòng)的分量叫做s 分量，Erskr把平行于入射面振動(dòng)的分量稱做p 分量 。為n1Eiski討論方便起見，規(guī)定s 分量和 p 分量的正方i向如圖所示。On2反射系數(shù)和透射系數(shù)（一般為復(fù)數(shù)） ：Armt mAtmrmAimAim1.6.3 菲涅耳公式的討論振幅變化規(guī)律：n1n2 的情形：由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)正入射情況（入射角為零）（估計(jì)小角度入射） ：r0n1n2t 02 n1r pn1n2n1n2（注：重點(diǎn)考反射系數(shù)）偏振性質(zhì)和布儒斯特定律（必考）布儒斯特角：當(dāng)光以某一特定角度1= B 入射時(shí)， rp=

5、0，在反射光中不存在式有折射定律，可得該特定角度滿足： tanBn 2n 1相位變換規(guī)律（半波損失）ErprtEtpEtsktt ptsBirsp 分量。此時(shí)，根據(jù)菲涅耳公 B 被稱為布儒斯特角。菲涅耳系數(shù)的正負(fù)：反映了反射波和透射波相對(duì)與入射波的相位突變。對(duì)于透射波： s 分量和 p 分量的透射系數(shù)都是正數(shù)，說(shuō)明透射波沒有相位突變 。對(duì)于反射波： 就 s 分量和 p 分量分別討論 。反射波的 s 分量： rs0i 0,900 ) 說(shuō)明反射波的s 分量有的相位突變，稱為半波損失反射波的 p 分量： rp0i0, B )rp0i( B ,900 )（注：不能簡(jiǎn)單的說(shuō)有沒有半波損失，要考慮我們對(duì)正

6、方向的規(guī)定。只有在正入射和掠入射時(shí)才有尋常意義上的半波損失。 ）.透過(guò)率和反射率設(shè)入射光單位時(shí)間投射到界面上的能量為Wi ，同一時(shí)間同一界面上反射波和透射波獲得的能量分別為W r 和 W t ，則反射率R 和透射率T 定義為：WrTWtRWiWi反射率、透射率：Wrr2Wtn2 cos 2t2RTn1 cos 1WiWi透過(guò)率和反射率關(guān)系：T pTsRsTs1RpTp1（注：界面入射角越大反射率越高）RsR pi /(0 )空氣玻璃界面的 反射率與透過(guò)率與入射角的關(guān)系分析結(jié)論：由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)沒有半波損失。布儒斯特定律形式不變。菲涅耳系數(shù)可以大于一，但并不意味著能量不守恒。當(dāng)入射角小于臨

7、界角當(dāng)入射角大于臨界角此時(shí)sinisincn 2n1折射定律 :n1sintsin in 2 t 為復(fù)數(shù) :sint1t pt ptstsrsrsrprpc0Bi ( )反射、透射系數(shù)和入射角的關(guān)系1.7全反射1.7.1 全反射時(shí)反射波的相位變化全反射臨界角 (當(dāng) t 等于 90解得 )： sin tn1sin in 21.7.2 隱失波隱失波： 全反射時(shí)，反射率為100，透射光強(qiáng)為0，第二種媒質(zhì)中似乎不應(yīng)該有光場(chǎng)。更深入地研究表明：在全反射時(shí)，光波場(chǎng)將透入到第二種介質(zhì)很薄的一層內(nèi)（約為光波波長(zhǎng)），并沿著界面?zhèn)鞑ヒ欢尉嚯x，再返回第一種介質(zhì)。這種波叫做隱失波或者倏逝波。在全反射時(shí)，透射系數(shù)并不為

8、零。.第二章光波的疊加與分析2.1 兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同的單色光波的疊加若兩個(gè) 色光波在P 點(diǎn)振幅相等，即a1=a2=a 則 P 點(diǎn)的合振幅：I4 I 0 cos 2 (21 )4 I 0 cos 222 = -12是兩光波在P 點(diǎn)的 位相差 = 2m(m=0、1、 2 ) ， P 點(diǎn)光 最大；I=4I 0 = 2（ m+1/2) (m=0 、1、 2 ) ， P 點(diǎn)光 最??； I=02n( r2r1 )0n(r 2 r1) 稱 光程差 ,以后用符號(hào)D 表示光程 :光波在某一介 中所通 的幾何路程和 介 的折射率的乘 。D= n(r 2 r1)= m0(m=0 、1、 2 ) ；光程差

9、波 的整數(shù)倍，P 點(diǎn)光 最大。D= n(r 2 r1)=（ m+1/2 )0(m=0 、 1、 2 )；光程差等于半波 的奇數(shù)倍，P 點(diǎn)光 最小。2.2 駐波 波 :兩個(gè) 率相同、振 方向相同而 播方向相反的 色波 生 波。合成波上 任意點(diǎn)的振 位相都相同 ，即波的 位相與 z 無(wú)關(guān) 。亦即不存在位相的 播 ，故把 種波叫做 波 。2.2.1 波的形成和特點(diǎn)E2a cos kzcost22合成波上任意一點(diǎn)都作 率 的 振 。kz( m1 )22kzm2（ m=0、 1、 2），振幅 零，稱 波 ，兩波 距 /2。（ m=0、1、 2），振幅最大， 2a，稱 波腹 。.第三章光的干涉和干涉儀（計(jì)

10、算，重點(diǎn)，考點(diǎn)多）干涉儀分為兩類：1.分波前干涉儀；2.分振幅干涉儀。（前者只容許使用足夠小的光源，而后者可把光源尺寸拓展，因而可以獲得強(qiáng)度較大的干涉效應(yīng)。）干涉的三個(gè)要素：光源、干涉裝置和干涉圖形干涉場(chǎng)強(qiáng)度：I ( r )E E兩光源疊加：rrrrI ( r )( E 1gE 2 )E 2 ) ( E 1rrrrr rE 1 gE 1E 2 gE 22 E 1 gE 2I 1 ( r )I 2 ( r )rr2 E 1 gE 2干涉項(xiàng)： 2 ，干涉項(xiàng)不為零時(shí)產(chǎn)生干涉。3.1 實(shí)際光波的干涉及實(shí)現(xiàn)方法3.1.1 相干條件（ 1）兩束光的頻率相等（探測(cè)器干涉干涉現(xiàn)象）（ 2）兩束光的偏振方向不能

11、垂直（有干涉項(xiàng)）（ 3）位相差恒定（出現(xiàn)穩(wěn)定條紋）3.1.2 光波分離方法分波前法： 光波通過(guò)并排的兩個(gè)小孔或利用反射和折射方法把光波的波前分割出兩個(gè)部分，裝置為分波前干涉儀；分振幅法： 利用兩個(gè)部分反射的表面通過(guò)振幅分割產(chǎn)生兩個(gè)反射光或兩透射光波，裝置為分振幅干涉儀。3.2 楊氏干涉實(shí)驗(yàn)As 是一個(gè)受光源照明的小孔 ，從 s 發(fā)散出的光波射在光屏 A 的兩s1小孔 s1 和 s2 上， s1 和 s2 相距很近，且到 s 等距，從 s1 和 s2 分s別發(fā)射出的光波是由同一光波分出來(lái)的，所以是相干光波，它們s2在距離光屏為 D 的屏幕 上疊加 ,形成干涉圖樣。DDr2r1m點(diǎn)光強(qiáng)度有最大值4

12、I0；Dr2r1m1點(diǎn)光強(qiáng)度有最小值 0；2mDm 稱為 干涉級(jí).xdy光程差：Dr2r1DmDxxP(x,y,D)d屏 E 上極大強(qiáng)度點(diǎn)的位置：r1W1DxS1md屏 E 上極小強(qiáng)度點(diǎn)D的位2Odd置：ezewr2ndDnwS2條紋間距：且即在實(shí)際情況下， dD ，x，yK0 ，部分相干；條紋對(duì)比度的因素主要有1.光源的臨界寬度3 個(gè)： 光源大小 、光源非單色性和疊加光束的強(qiáng)度比。ds1當(dāng)偏離量正好為條紋寬度的一半 時(shí)，即 極大與極小重合 時(shí)，觀察屏上的條紋將消失，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的光源的擴(kuò)展量稱為光源的 臨界寬度 。lbcsbcsc光源的臨界寬度：dbcsl1Qs2l2稱為干涉孔徑角：l2.條紋

13、對(duì)比度隨光源大小的變化bpbc條紋對(duì)比度隨光源大小的變化：光源寬度小于臨界寬度時(shí)4。，光源越大，條紋對(duì)比度越小4光源臨界寬度的 1/4 稱為許可寬度 ，此時(shí)對(duì)應(yīng)的對(duì)比度K 0.93.空間相干性空間相干性 ：指光場(chǎng)中兩點(diǎn)的光擾動(dòng)相疊加時(shí)的表現(xiàn)。若通過(guò)面上 s1 和 s2 兩點(diǎn)的光在空間再度會(huì)合時(shí)能夠產(chǎn)生干涉，則稱通過(guò)空間這兩點(diǎn)的光具有空間相干性。.3.4.2 光源非單色性的影響相干長(zhǎng)度：3.6 平行平板的干涉3.6.1 分振幅干涉條紋的定域性質(zhì)對(duì)比度 V 不隨考察點(diǎn)變化，我們把這種對(duì)比度不隨考察點(diǎn)位置變化的干涉條紋稱為 非定域條紋 。分振幅干涉， 采用擴(kuò)展光源時(shí)， 條紋的對(duì)比度將隨著考察點(diǎn)的位置

14、而改變。 這種對(duì)比度于考察點(diǎn)的位置有關(guān)的干涉條紋稱為定域條紋 。對(duì)比度最大的觀察面叫做 定域面 。同一入射線分出的兩光線的交點(diǎn)是定域面上的點(diǎn) 。.d光源為點(diǎn)光源時(shí) ，考察區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)是總是相干的；擴(kuò)展光源時(shí) ，s1考察區(qū)域內(nèi)具有 空間相干性的各點(diǎn)的范圍與光源大小成反比。s通過(guò) s1 2,s 兩點(diǎn)的光不發(fā)生干涉，因而通過(guò)這兩點(diǎn)的光沒有空間P0相干性，我們稱此時(shí)的lbc sOs1,s2 的距離稱為 橫向相干寬度 ，用 dtd tb表示。ss2?E3.4.2 光源非單色性的影響光場(chǎng)的時(shí)間相干性：指光場(chǎng)中同一點(diǎn)不同時(shí)刻光擾動(dòng)相疊加時(shí)的表現(xiàn)。光源的時(shí)間相干性取決于光源的帶寬。Lcc0波列的平均持續(xù)時(shí)間0

15、稱為相干時(shí)間；波列的平均長(zhǎng)度L c 稱為 相干長(zhǎng)度 。時(shí)域理解：當(dāng)光程差大于相干長(zhǎng)度時(shí)，同一波列分出的子波列不會(huì)交疊，這時(shí)干涉場(chǎng)上無(wú)條紋。頻域理解：每種波長(zhǎng)的光在屏上各自產(chǎn)生一套干涉條紋，但彼此錯(cuò)開，當(dāng)波長(zhǎng)成分較多時(shí)，疊加后使對(duì)比度降低為零。2LclSD2 nh cos23.6.2 平行平板的等傾干涉兩光束光程差：等強(qiáng)度線即等相位差線，也即等光程差線。等光程差就是等傾角。特點(diǎn)：內(nèi)疏外密，內(nèi)高外低。光程差由傾角決定1NnACn2hnB 等傾條紋的干涉級(jí)愈接近等傾圓環(huán)中心，其相應(yīng)的入射光線的角度 2 愈小，光程差愈大，干涉條紋級(jí)數(shù)愈高。偏離圓環(huán)中心愈遠(yuǎn)，干涉條紋級(jí)數(shù)愈小是等傾圓環(huán)的重要特征。0 級(jí)

16、條紋光程差為0；越往中心級(jí)數(shù)越高。S遠(yuǎn)，在廣闊的區(qū)域里都有干涉條紋。干涉孔徑角為0 的那些疊加點(diǎn)的對(duì)比度最大，也就是3.7 楔形平板產(chǎn)生的干涉 （光程差由厚度決定，牛頓環(huán)， F-P）3.7.1 定域面的位置及定域深度（條紋改變一個(gè)，干涉級(jí)改變一級(jí)， 厚度，0 級(jí)）在薄膜的表面以上， 兩個(gè)表面反射的光在廣大的區(qū)域內(nèi)交疊。從薄膜表面附近到無(wú)窮定域面 所在。.3.7.2 楔形平板產(chǎn)生的等厚條紋（劈尖， 距厚度差條 化，光程D差，棱2為nh暗cos ） 22考 到光束在楔形板表面可能 生的“半波 失”，光程差 等厚干涉： 于一定的入射角(當(dāng)光源距平板 ，或 察干涉條 用的 器孔徑很小 ，在整個(gè) 內(nèi)可

17、入射角 常數(shù))， 光程差 只依 于反射光 的平板厚度 h ，所以，干涉條 與楔形板的厚度一一 。相 的干涉條 稱 等厚干涉條 。(1)等厚干涉條 2nh2m(2)劈尖的等厚干涉條 m12nh22亮 位置的厚度h：； m=1, 2,暗線位置的厚度h ：； m=0,1, 2 d N2n棱 于暗條 的位置（半波 失）e2n sin2n 厚度差（暗 ，由于可消去半波 失）：條 距：劈角小，條 距大；反之，劈角大，條 距小。當(dāng)劈尖上表面 棱 旋 ，隨著的增大，條 距 小，條 將向棱 方向移 。使用白光照射 ，除光程差等于零的條 仍 白光外，其附近的條 均 有 色， 色的 化均 內(nèi) 波 短， 外 波 。.

18、3.8 用牛頓環(huán)測(cè)量透鏡的曲率半徑（必考，兩種牛頓環(huán)，光程差，計(jì)算暗紋半徑，第 n 個(gè)暗環(huán)半徑）當(dāng)以單色光垂直照射時(shí)，2222在空氣層上會(huì)形成一組以接觸點(diǎn)O 為中心的中rR(Rh)2Rh h央疏、邊緣密的圓環(huán)條紋，稱為 牛頓環(huán) 。它的形狀與等傾圓條紋相同，但r2牛頓環(huán)內(nèi)圈的干涉級(jí)次小，外圈的干涉級(jí)次大，恰與等傾圓條紋相反。h2R中心向外數(shù)第N 個(gè)暗環(huán)的半徑為hrN：2半徑 R 遠(yuǎn)大于暗環(huán)對(duì)應(yīng)的空氣層厚度：r 2RN暗環(huán)滿足的光程差條件寫出：暗環(huán)半徑：3.10 邁克爾遜干涉儀 （必考）結(jié)構(gòu)，器件作用，分析方法，利用虛像，色散，條紋變化，條紋運(yùn)動(dòng)， M 級(jí)條紋等于光x 度除波長(zhǎng)，條紋間距，光程差梯

19、度，雙臂式干涉儀）G1 和 G2：平行平面玻璃板 ，稱為 分光板和補(bǔ)償板 ， G1 背面有鍍銀的半反射面 A ， G1 和 G2 互相平行。M1 和 M2 是兩塊平面反射鏡，與 G1 和 G2 成 45設(shè)置。分析方法： 相對(duì)于半反射面A ，作出平面反射鏡M2 的虛像 M2 。虛平板的厚度和楔角可通過(guò)調(diào)節(jié)M1 和 M2 反射鏡控制?？梢援a(chǎn)生厚的或者薄的平行平板 (M1 和 M2 平行 ) 和楔形平板 (M1和 M2 有一小的夾角)的干涉現(xiàn)象。如果調(diào)節(jié)M2，使得 M2 與 M1 平行 ，所觀察到的 干涉圖樣就是一組在無(wú)窮遠(yuǎn)處(或在 L 的焦平面上 )的等傾干涉圓環(huán) 。當(dāng) M1 向 M2 移動(dòng)時(shí) (

20、虛平板厚度減小)， 圓環(huán)條紋向中心收縮，并在中心一一消失。M1.每移動(dòng)一個(gè)/2 的距離，在中心就消失一個(gè)條紋。于是，可以根據(jù)條紋消失的數(shù)目， 確定 M1 移動(dòng)的距離。根據(jù) 3.66 式，此時(shí)條紋變粗(因?yàn)?h 變小，間距變大 )，同一視場(chǎng)中的條紋數(shù)變少。當(dāng)M1 與 M2 完全重合時(shí)，因?yàn)閷?duì)于各個(gè)方向入射光的光程差均相等，所以視場(chǎng)是均勻的。如果繼續(xù)移動(dòng) M1 ，使 M1 逐漸離開M2 ，則條紋不斷從中心冒出， 并且隨虛平板厚度的增大，條紋越來(lái)越細(xì)且變密。如果 調(diào)節(jié) M2 ，使 M2 與 M1相互傾斜一個(gè)很小的角度，且當(dāng) M2 與 M1 比較接近 ，觀察面積很小 時(shí)，所觀察到的 干涉圖樣近似是定域

21、在楔表面上或楔表面附近的一組平行于楔邊的等厚條紋。在擴(kuò)展光源照明下， 如果 M1 與 M2 的距離增加， 則條紋將偏離等厚線，發(fā)生彎曲，彎曲的方向是凸向楔棱一邊(圖 3.58)， 同時(shí)條紋可見度下降。干涉條紋彎曲的原因如下：如前所述，干涉條紋應(yīng)當(dāng)是等光程差線，當(dāng)入射光不是平行光時(shí)，對(duì)于傾角較大的光束，若要與傾角較小的入射光束等光程差，其平板厚度應(yīng)增大(這可由 D =2nh cos 2 看出 )。 由圖 3.58 可見，靠近楔板邊緣的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的入射角較大，因此，干涉條紋越靠近邊緣，越偏離到厚度更大的地方，即彎曲方向是凸向楔棱一邊。在楔板很薄的情況下，光束入射角引起的光程差變化不明顯，干涉條紋仍可視

22、作一些直線條紋。對(duì)于楔形板的條紋，與平行平板條紋一樣，M1 每移動(dòng)一個(gè)/2 距離，條紋就相應(yīng)地移動(dòng)一個(gè)。補(bǔ)償板G2 的作用：消除分光板分出的兩束光和的不對(duì)稱性。但 對(duì)于白光光源， 因?yàn)?玻璃有色散 ，不同波長(zhǎng)的光有不同的折射率，通過(guò)玻璃板時(shí)所增加的光程不同，無(wú)法用空氣中的行程補(bǔ)償，因而觀察白光條紋時(shí)，補(bǔ)償板不可缺少。白光條紋只有在楔形虛平板極薄(M1 與 M2 的距離僅為幾個(gè)波長(zhǎng))時(shí)才能觀察到， 白光條紋一般是白色的。交線條紋的兩側(cè)是彩色條紋。.第四章多光束干涉與光學(xué)薄膜E 0nE r 1E r 2 E r 3多光束干涉的條件是：參與干涉的各光束之間滿足相干條件，即頻率相同振動(dòng)方向一致，有恒定

23、的初位相差，也就是說(shuō)這些光束應(yīng)該來(lái)自同一個(gè)光源。與雙光束相同的是： 多光束干涉裝置也有 分振幅 (透明平行平板 )和分波面 (衍射光柵 )。4.1 平行平板的多光束干涉（重點(diǎn)）光程差E t 1E t 2在鍍高反膜的情況下， 除 Er1外，其余反射光和透射光強(qiáng)度比較接近，可產(chǎn)生對(duì)比度較高的多光束干涉條紋。產(chǎn)生干涉條件：各相干光束強(qiáng)度相近，位相差按一定規(guī)律分布。D2nh cos4.1.1 干涉場(chǎng)的強(qiáng)度公式4nh cos計(jì)算干涉場(chǎng)中 任一點(diǎn) P（透射光方向相應(yīng)點(diǎn)為P）的光強(qiáng)度。4R與 P 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的多光束的出射角為 0F2。它們?cè)?平板內(nèi)的入射角為。(1 R)1I ( t )I (i )兩相鄰光線的光

24、程差：1F sin22兩相鄰光線的相位差：（光程差乘以波數(shù)）愛里公式：精細(xì)度系數(shù)：透射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)的關(guān)系式：由平板表面反射系數(shù)、透射系數(shù)與反射率、透射率的關(guān)系r 2=r 2=R； tt=1-R=T.4.1.2 多光束干涉儀圖樣特點(diǎn)（互補(bǔ)性，等傾性，條紋明銳）（ 1）互補(bǔ)性（ 2）等傾性 （相位差只與光束傾角有關(guān)）42(1R)FRR 有關(guān)）（ 3）干涉強(qiáng)度曲線的特點(diǎn)（條紋對(duì)比度、條紋銳度與2R透射光的干涉條紋極為S明銳，是多光束干涉最顯著的特點(diǎn)。1 R4.1.3 干涉條紋銳度（相位差半寬度，全高半寬，精細(xì)度公式（考點(diǎn)）條紋的銳度 用條紋的 位相差半寬度 來(lái)表示：條紋中強(qiáng)度等于峰值強(qiáng)度一半的兩點(diǎn)

25、間的位相差距離，記為 ，條紋半寬度 ( )：（ R 愈大 ,愈小 ,條紋愈尖銳）S 表征（條紋精細(xì)度） ：I(t)I(i)1122m（ R 接近 1 時(shí)，條紋的精細(xì)趨于無(wú)窮大，條紋將變得極細(xì)）hL1G1G2L2PS4.2 法布里 -珀羅干涉儀法布里珀羅干涉儀簡(jiǎn)圖4.2.1 法布里 -珀羅干涉儀 （結(jié)構(gòu)，應(yīng)用，作用，計(jì)算分辨本領(lǐng) （入，4入）瑞利判據(jù)（必考） ）h cos 2F P 干涉儀由兩塊略帶楔角的玻璃或石英板構(gòu)成。如圖所示，兩板外表面為傾斜，使其中的反射光偏離透射光的觀察范圍，以免干擾。RTA1A21I t I i1條紋的干涉級(jí)決定于空氣平板的厚度1R2干涉級(jí)非常高 ，因而這種儀器 只適

26、用于單色性h，一般來(lái)說(shuō)，條紋的1F sin2很好的光源。相繼兩光束的位相差為：（為I (t )R0.04金屬表面反射時(shí)的相變）I ( r )I (t )I (i )R0.2A ：金屬膜吸收率 （吸收光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度之比）干涉圖樣的強(qiáng)度公式：R0.5R0.82m2(m1).如圖 4.7 所示，對(duì)于靠近條紋中心的某一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)波長(zhǎng)的干涉級(jí)差:21e 2e 為兩個(gè)波長(zhǎng)的同級(jí)條紋的相對(duì)位移。e 是同一波長(zhǎng)的條紋間距。2he2SR2 h4.2.2F-P 干涉儀的應(yīng)用（ 3 個(gè)應(yīng)用，必考，計(jì)算自由光譜區(qū)，原因：干涉條紋又細(xì)又亮（光柵與 F-P 的）I 0mmI 02中央1.研究光譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)F P

27、 標(biāo)準(zhǔn)具： 常用來(lái)測(cè)量 波長(zhǎng)相差很小的兩條光譜線的波長(zhǎng)差，即光譜學(xué)中的超精細(xì)結(jié)構(gòu)。2 mmS mN對(duì)于同一個(gè)干涉級(jí)，不同波長(zhǎng)光的亮紋位置將有所不同，兩組亮紋的圓心雖然重合，但它們的半條徑紋略位有相不差同半，寬位置度互相錯(cuò)開。e 為兩個(gè)波長(zhǎng)的同級(jí)條紋的相對(duì)位移； e 是同一波長(zhǎng)的條紋間距。e 恰好等于 e 時(shí)，相應(yīng)的波長(zhǎng)差 稱為標(biāo)準(zhǔn)具常數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)具的 自由光譜范圍 。（注：標(biāo)準(zhǔn)具所能測(cè)量的最大波長(zhǎng)差）標(biāo)準(zhǔn)具的另一重要參數(shù)為能分辨的最小波長(zhǎng)差（） m 分辨極限。分辨本領(lǐng)：mn0N 稱為有效光束數(shù) ，nh當(dāng) +的 m 級(jí)外側(cè)第一個(gè)半強(qiáng)點(diǎn)，恰恰與的m 級(jí)內(nèi)側(cè)第一個(gè)半強(qiáng)點(diǎn)相重，則認(rèn)為這兩譜線恰可分辨（此時(shí)

28、兩干涉極大的角nG寬度恰為半強(qiáng)角寬）這個(gè)判據(jù)叫瑞利判據(jù) 02.用做激光器的諧振腔4.3 多光束干涉原理在薄膜2h理論的應(yīng)用2h2h 12mm1 m212124.3.1 單層膜（ 1）什么情況增透增反（2）什么厚度最好me/ e光學(xué)薄膜： 是指在透明平整的基片或金屬光滑表面上，用物理或化學(xué)的方法涂敷的單層或多層透明介質(zhì)薄膜。1e 222he.利用在薄膜上、下表面反射光干涉相長(zhǎng)或相消的原理，使反射光得到增強(qiáng)或減弱，可制成光學(xué)元件增透膜或增反膜 ,滿足不同光學(xué)系統(tǒng)對(duì)反射率和透射率的不同要求。當(dāng) n 在 nG 與 n0 之間時(shí)增透當(dāng) n 不在 nG 與 n0 之間時(shí)增反單層增透膜的缺點(diǎn)：1.增透帶寬窄

29、； 2.材料限制； /4 厚度最好4.3.2 雙層膜和多層膜（ 1）結(jié)構(gòu)（ 2）光學(xué)厚度（入為真空波長(zhǎng)）PPT22，3 點(diǎn) 要獲得高反射率，膜系的兩側(cè)最外層均應(yīng)為高折射率層(H 層 )， 因此，高反射率膜一定是奇數(shù)層。 /4 膜系為奇數(shù)層時(shí)，層數(shù)愈多，反射率R 愈大。 上述膜系的全部結(jié)果只對(duì)一種波長(zhǎng)成立，這個(gè)波長(zhǎng)稱為該膜系的中心波長(zhǎng)。 /4膜系的多層高反射膜示意圖R234 .S第五張光的衍射基本要素： 1.光源發(fā)出的光波； 2.衍射物； 3.衍射圖形衍射過(guò)程可以分為三個(gè)階段：1.光源發(fā)出的光波到達(dá)衍射物的過(guò)程；2.衍射物對(duì)入射光波的限制過(guò)程；1A exp( jkr 0 ) exp( jkr )

30、 cos1cos 2 dE( P)3.被衍射物限制后的光波到達(dá)屏的過(guò)程。jr0r25.1 惠更斯 -菲涅爾原理（相位不可旁軸近似）惠更斯 - 菲涅耳原理： 波前上任何一個(gè)未受阻擋的點(diǎn)都可以看作是一個(gè)頻率（或波長(zhǎng)）與入射波相同的子波源；在其后任何地點(diǎn)的光振動(dòng)，就是這些子波疊加的結(jié)果。1Aexp( jkr 0 ) exp( jkr )波動(dòng)具有兩個(gè)基本性質(zhì)：一方面， 它是擾動(dòng)的傳播 ，一點(diǎn)的擾E( P)r0djd動(dòng)能夠引起其它點(diǎn)的擾動(dòng)，各點(diǎn)相互之間是有聯(lián)系的。另一方面，它具有 時(shí)空周期性，能夠相干迭加。5.3 菲涅爾衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射（3 個(gè)近似（ 1）旁軸近似（ 2）菲涅爾和夫瑯禾費(fèi)近似）基爾霍夫

31、衍射積分公式：基爾霍夫衍射公式的旁軸近似： cos 1, 于是 D( ) 1 r z1相位內(nèi) r 不可旁軸近似，對(duì)cos 值影響很大。簡(jiǎn)化得：.（注： r0 為光源到衍射物，r 為衍射物到屏幕）E x, yexpjkdE , exp ikx2y2d djd2d距離近似菲涅耳近似和夫瑯和費(fèi)近似dx, y, ,x, y,22k2 d2其中對(duì)上式二項(xiàng)式展開只取前兩項(xiàng)表示r（菲涅爾近似）菲涅耳衍射的計(jì)算公式：CLS和費(fèi)衍射）fx夫瑯和費(fèi)近似與夫瑯和費(fèi)衍射：在菲涅耳衍射區(qū)更遠(yuǎn)的地方，放置觀察屏w2 f / a0122yrxyd 1d2d2（注：菲涅耳衍射就過(guò)渡到了夫瑯L( x) 0x f / a05.4

32、 矩孔和單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射（ （考點(diǎn)）相距，特點(diǎn)，暗紋位置）5.4.1 單縫的夫瑯和費(fèi)衍射點(diǎn)光源x221 2yrd2x2y2 1 2yd 1ddPx衍射物只在方向上限制入射光波，在方向不受限制。rdx, y, ,M中央亮斑的條紋寬度：22221xy1 xy2drd 11/2其他條紋的寬度是中央條紋寬度的22d28d1x2y2a02a0 xyr d 122d22f2sinc單縫夫瑯和費(fèi)衍射屏上的輻照度分布：ff.暗紋位置：（ a0 為單縫寬度）xCLSfy L / L0L( )L( 0) 2J1( )2k rfr / f5.5 圓孔的夫瑯禾費(fèi)衍射（重點(diǎn)）5.5.1 強(qiáng)度公式圓孔夫瑯和費(fèi)衍射的強(qiáng)度分布照度分布： 2J 1 () /2衍射角：L / L015.5.2 衍射圖樣分析（特點(diǎn)，中心為愛里班，計(jì)算班孔徑輻照度分布：角半徑）(1) 衍射圖樣： 夫朗和費(fèi)圓孔衍射的光強(qiáng)度分布 僅與衍射角有關(guān) (或者，由 =r/f ，僅與 r 有關(guān) )， 而與方位角坐標(biāo)無(wú)關(guān) 。這說(shuō)明，夫朗和費(fèi)圓孔衍射圖樣是圓形條紋。(2) 愛里斑：中央亮斑集中了入射在圓孔上能量的83.78%，這個(gè)亮斑叫愛里斑。愛里斑的半徑r0 由第一-2f