大學物理課件--波動光學說課材料

1、大學物理課件-波動光學物理學物理教研室 陳亮 楊氏雙縫干涉、薄膜干涉楊氏雙縫干涉、薄膜干涉 夫瑯和費單縫衍射、光柵衍射夫瑯和費單縫衍射、光柵衍射 偏振、旋光偏振、旋光 半波損失、光程、自然光、偏振光半波損失、光程、自然光、偏振光本章要點本章要點物理學物理學物理學物理學物理教研室 陳亮Dkdx(21)2Dkd暗紋暗紋明紋明紋,2, 1 ,0k1, 2,k 明暗條紋的位置明暗條紋的位置() ,.非單色光 白光色散同級條紋中紫色靠中央 紅色靠外邊條紋位置與波長的關系條紋位置與波長的關系：物理學物理教研室 陳亮21I4I()dCosxD條紋間距（寬度）：條紋間距（寬度）： x Dd 單色光各級明、暗條

2、紋寬度相同，單色光各級明、暗條紋寬度相同，不同波長的光條紋寬度不同。不同波長的光條紋寬度不同。條紋亮度：條紋亮度：各級明條紋亮度相同。各級明條紋亮度相同。物理學物理教研室 陳亮洛埃鏡實驗洛埃鏡實驗1sPM2sdDPL半波損失半波損失 ：光從光疏媒質（光從光疏媒質（n n較小較小）射向光密媒質（）射向光密媒質（n n較大較大）時，時，反射光反射光的相位較之入射光的相位躍變了的相位較之入射光的相位躍變了 ，相當于反，相當于反射光與入射光之間附加了半個波長的波程差，稱為射光與入射光之間附加了半個波長的波程差，稱為半波損失半波損失。折射光沒有半波損失折射光沒有半波損失。物理學物理教研室 陳亮光程光程2

3、2C nCCCnrnr: C : C 真空中、介質中、rnr.即光在介質中傳播 的波程與其在真空中傳播的波程產(chǎn)生的相位差相同同一束光在不同的介質中頻率不變。同一束光在不同的介質中頻率不變。物理學物理教研室 陳亮光程：光程：nr光程差：光程差：=n2r2-n1r1本質：把光在媒質中的傳播折算成在真空中的傳播。本質：把光在媒質中的傳播折算成在真空中的傳播。相干光產(chǎn)生明、暗條紋的條件：相干光產(chǎn)生明、暗條紋的條件：112211221122rnrn2)rnrn(2)rr(2例1：例11-12k k , (2k1) (2k1) , 2(k0,1,2,3.) 或時明條紋或時暗條紋物理學物理教研室 陳亮薄膜干

4、涉薄膜干涉2nd-2 (21) 2(k0,1,2,3.) kk加強減弱1n1n2n12nn 當當 時時2/ 考慮半波損失時，附加光程差取考慮半波損失時，附加光程差取 均可，符號不均可，符號不同，同， 取值不同，對問題實質無影響取值不同，對問題實質無影響. .k注意注意物理學物理教研室 陳亮例2：例11-2增透膜增透膜123nnn 23玻璃玻璃23nn d1n2n氟化鎂物理學物理教研室 陳亮11.2 光的衍射衍射現(xiàn)象：衍射現(xiàn)象： 只有當波長與障礙物的線度可比擬 時，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象?；莞够莞? -菲涅爾原理菲涅爾原理 子波干涉夫瑯和費單縫衍射：夫瑯和費單縫衍射：光源、單縫、屏幕距離無

5、窮遠縫寬a、波長、焦距f、衍射角1L2LfaSRPOx物理學物理教研室 陳亮衍射角衍射角aofLABsinaPC對稱軸上為中央明條紋P點的干涉結果由A、B的光程差BC=aSin決定物理學物理教研室 陳亮ABAB分割為兩個半波帶分割為兩個半波帶：oABP半波帶法半波帶法1A2AC2/oPABLC1A2/L半波帶半波帶： BC上半個波長在AB上對應的部分。ABAB分割為三個半波帶分割為三個半波帶：剩下一個半波帶無法抵消，所以P點為明條紋明條紋。對應點的光程差為/2，所以互相抵消，P點為暗條紋暗條紋。22aSin23aSin物理學物理教研室 陳亮單縫衍射明、暗條紋的條件：單縫衍射明、暗條紋的條件：a

6、Sin(2kaSin2 , , (k1,2,3.)1) 2k2 k 當時當暗條紋時明條紋: 2ff:aa中央明紋寬度其它明紋寬度x,S intgf當很 小 時各級明條紋亮度各級明條紋亮度物理學物理教研室 陳亮光柵衍射光柵衍射 由許多由許多等寬度等寬度、等距離等距離的狹縫排列起來形成的光學元件的狹縫排列起來形成的光學元件. .PoLf衍射角衍射角物理學物理教研室 陳亮狹縫寬度：a 刻痕寬度：b 光柵常數(shù)光柵常數(shù)：d=a+b光柵衍射光柵衍射=單縫衍涉單縫衍涉+多縫干涉多縫干涉光柵公式光柵公式（明條紋）（a+b）Sin=k (k=0，1，2，3)缺級現(xiàn)象缺級現(xiàn)象 單縫衍射為暗條紋時，即aSin=k時

7、，干涉出現(xiàn)缺級。 即（a+b）/a為整數(shù)時，發(fā)生缺級為整數(shù)時，發(fā)生缺級。光柵衍射光譜光柵衍射光譜例3：例11-4 kabak 物理學物理教研室 陳亮 光的光的波動性波動性 干涉、衍射。干涉、衍射。 光波是光波是橫波橫波 偏振、旋光。偏振、旋光。機械橫波與縱波的區(qū)別機械橫波與縱波的區(qū)別機械波穿過狹縫機械波穿過狹縫11.3 11.3 光的偏振光的偏振物理學物理教研室 陳亮自然光自然光 偏振光偏振光自然光自然光 ：一般光源發(fā)出的光中，包含著各個方向的光矢量：一般光源發(fā)出的光中，包含著各個方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（軸對稱）這樣的光叫自在所有可能的方向上的振幅都相等（軸對稱）這樣的光叫

8、自然光。然光。 自然光以兩互相自然光以兩互相垂直垂直的、互為的、互為獨立獨立的、的、振幅相等振幅相等的光振動表示的光振動表示 , , 并各具有并各具有一半一半的振動能量。的振動能量。符號表示符號表示C E注意注意 各光矢量間無固定的相位關系。各光矢量間無固定的相位關系。 二互相垂直方向是任選的。二互相垂直方向是任選的。物理學物理教研室 陳亮完全完全偏振光偏振光（線偏振光線偏振光）：）：符號表示符號表示部分偏振光部分偏振光 ：某一方向的光振動比與之垂直方向上的某一方向的光振動比與之垂直方向上的 光振動占優(yōu)勢的光為部分偏振光。光振動占優(yōu)勢的光為部分偏振光。符號表示符號表示光振動只沿某一固定方向的光

9、。光振動只沿某一固定方向的光。振動面振動面 CE物理學物理教研室 陳亮 起起 偏偏偏振片偏振片 起偏與檢偏起偏與檢偏 二向色性二向色性 : :某些物質能吸收某一方向的光振動某些物質能吸收某一方向的光振動 , , 而只讓與這個方向垂直的光振動通過。而只讓與這個方向垂直的光振動通過。偏振片偏振片 ：涂有二向色性材料的透明薄片。涂有二向色性材料的透明薄片。偏振化方向偏振化方向 ：偏振片中能讓光振動通過的某一偏振片中能讓光振動通過的某一 特定方向。特定方向。021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器起偏器物理學物理教研室 陳亮檢偏器檢偏器 檢檢 偏偏起偏器起偏器物理學物理教研室 陳亮馬呂斯定律馬呂斯定律N

10、ME0Ecos0EE 2020EEII檢偏器檢偏器起偏器起偏器0IIE0ENM20cosII物理學物理教研室 陳亮例例4 有兩個偏振片有兩個偏振片, ,一個用作起偏器一個用作起偏器, , 一個用作檢偏器一個用作檢偏器. . 當當它們偏振化方向間的夾角為它們偏振化方向間的夾角為 時時 , , 一束單色自然光穿過它們一束單色自然光穿過它們, , 出射光強為出射光強為 ; ; 當它們偏振化方向間的夾角為當它們偏振化方向間的夾角為 時時, , 另一束另一束單色自然光穿過它們單色自然光穿過它們 , , 出射光強為出射光強為 , , 且且 . . 求兩束求兩束單色自然光的強度之比單色自然光的強度之比 .

11、.30601I2I21II 10I20I解：解： 設兩束單色自然光的強度分別為設兩束單色自然光的強度分別為 和和 . . 經(jīng)過起偏器后光強分別為經(jīng)過起偏器后光強分別為 和和 . .220I210I經(jīng)過檢偏器后經(jīng)過檢偏器后30cos22101II 60cos22202II 21012220cos01cos0363IIII物理學物理教研室 陳亮立體電影原理立體電影原理物理學物理教研室 陳亮物理學物理教研室 陳亮物理學物理教研室 陳亮旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象振動面發(fā)生旋轉迎著出射光觀察：右旋右旋：順時針 左旋左旋：逆時針對旋光物質：=dd：單位為分米 ：旋光率旋光率對旋光溶液： = cdc:濃度 單位為克/

12、厘米3 ：比旋率（度）比旋率（度） 與物質性質、光波波長及溶液溫度有關旋光計旋光計TDTD物理學物理教研室 陳亮11.4 11.4 光的吸收光的吸收朗伯定律朗伯定律 ：吸收系數(shù)：吸收系數(shù)朗伯朗伯- -比爾定律比爾定律對溶液：le00l0IIII lIIlndlIdIdlIdI0ccle0II 0IIdl物理學物理教研室 陳亮令令透射比透射比 吸收度吸收度 消光系數(shù)消光系數(shù) 比色計比色計 分光光度計分光光度計 光譜分析光譜分析 cl0eIITlogecllogTAlogeAcl物理學物理教研室 陳亮 干涉：干涉：楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉 薄膜干涉薄膜干涉、半波損失、半波損失、光程光程 衍射：夫瑯

13、和費單縫衍射衍射：夫瑯和費單縫衍射 光柵公式、半波帶、缺級、色散光柵公式、半波帶、缺級、色散 偏振：偏振：馬呂斯定律馬呂斯定律、自然光、自然光、偏振光偏振光 旋光：左旋、右旋、比旋率旋光：左旋、右旋、比旋率 吸收：朗伯吸收：朗伯-比爾定律、吸收度比爾定律、吸收度本章小結 物理學物理教研室 陳亮11-2、11-11作業(yè)作業(yè)物理學物理教研室 陳亮EHC電電 磁磁 波波物理學物理教研室 陳亮400450500550600650760nm 紫紫 藍藍 綠綠 黃黃 橙橙 紅紅可可 見見 光光 譜譜物理學物理教研室 陳亮條紋位置與波長的關系：條紋位置與波長的關系：物理學物理教研室 陳亮r234523400

14、4II光光 強強 分分 布布 圖圖0dd2dd4dd2dd4x物理學物理教研室 陳亮圓孔衍射圓孔衍射單縫衍射單縫衍射PH*S光的衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象G*S物理學物理教研室 陳亮菲涅爾衍射和夫瑯和費衍射菲涅爾衍射和夫瑯和費衍射夫夫 瑯瑯 和和 費費 衍衍 射射光源、屏與縫相距無限遠光源、屏與縫相距無限遠縫縫1L2L在實驗中實現(xiàn)在實驗中實現(xiàn)夫瑯和費衍射夫瑯和費衍射SRP菲菲 涅涅 爾爾 衍衍 射射縫縫PS 光源、屏與縫相距有限遠光源、屏與縫相距有限遠物理學物理教研室 陳亮sinIobb2b3bb2b3單縫衍射各級條紋亮度單縫衍射各級條紋亮度物理學物理教研室 陳亮sin0I入射光為入射光為白光白光時，時， 不同，不同， 不同，按波長分開形成不同，按波長分開形成彩色光譜彩色光譜. .k一級光譜一級光譜二級光譜二級光譜三級光譜三級光譜白光的衍射光譜白光的衍射光譜