大學(xué)物理-安徽工業(yè)大學(xué)：光的干涉(A班10年4月打印版)

1、1 1 、分波振面法分波振面法 （ 楊氏干涉）楊氏干涉）將光源上同一發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的光波設(shè)法分成兩將光源上同一發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的光波設(shè)法分成兩束，使它們通過不同路徑再相遇，而產(chǎn)生相束，使它們通過不同路徑再相遇，而產(chǎn)生相干疊加。干疊加。S1 1S S2 2S S2 2、分振幅法（、分振幅法（ 薄膜干涉）薄膜干涉）I1I2I二、獲得相干光的方法二、獲得相干光的方法3 3、光的單色性及相干長度、光的單色性及相干長度t 1 普通光源發(fā)出的光普通光源發(fā)出的光A A、單色性不高單色性不高B B、相干長度長、相干長度長激光激光A A、單色性高單色性高B B、相干長度較短、相干長度較短兩束光的光程差必兩束光的光程差必須

2、小于相干長度，須小于相干長度，才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。O0I20I 2 2 1 1、 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置S1S2S2 2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論第二節(jié)第二節(jié) 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、雙鏡、洛埃鏡楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、雙鏡、洛埃鏡一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)(1801(1801年年) )xDdS1S2So2r1rDd 要求要求1 rr2 光光程程差差Dx d Dxd 1,2,k 21)(2k 暗，明2 k10 kx 暗紋中心 21)(2k dD明紋中心 kdD D x d故 dD x 即討論：（討論：（1 1）相鄰明紋（或相鄰暗紋）對應(yīng)相鄰明紋（或相鄰暗紋）對應(yīng)的光程差相差的

3、光程差相差 ， 楊氏干涉條紋是等間距的；由此式可測定光的波長楊氏干涉條紋是等間距的；由此式可測定光的波長（2 2）若用白色光源，則干涉條紋是彩色的）若用白色光源，則干涉條紋是彩色的1k2k3k3k2k1k則整個(gè)條紋向上平移一段距離則整個(gè)條紋向上平移一段距離（3 3）若）若S S下移，下移，DS1S2So1r2r2r1r所謂的零級條紋是指所謂的零級條紋是指: :從同相點(diǎn)出發(fā)到此處是等從同相點(diǎn)出發(fā)到此處是等光程的光程的思考題：思考題：若若S不動，而將不動，而將S1和和 S2下移，則條紋如下移，則條紋如何移動？何移動？二、二、 菲涅耳雙（面）鏡實(shí)驗(yàn)：菲涅耳雙（面）鏡實(shí)驗(yàn)：2M1MWWdDP光欄PoS

4、1S2S三、三、 洛埃鏡實(shí)驗(yàn)洛埃鏡實(shí)驗(yàn)dDpQQ pMBA光欄S S當(dāng)屏幕移至當(dāng)屏幕移至B B處，從處，從S S和和SS到到B B點(diǎn)的路程點(diǎn)的路程差為零，但是觀察到暗條紋，驗(yàn)證了反射差為零，但是觀察到暗條紋，驗(yàn)證了反射時(shí)有半波損失存在時(shí)有半波損失存在( (雙鏡雙鏡) )( (洛埃鏡洛埃鏡) )一一 、 光程和光程差光程和光程差第三節(jié)第三節(jié) 光光 程程 與與 光光 程程 差差S1S2Pn1r1n2r2S S1 1與與S S2 2同位相同位相 )rnrn(2 1122VCn 又TVTCn1122r2r2 nr 光程光程 為真空中的波長為真空中的波長2光程差光程差明紋 k 暗紋 2) 12( k、原

5、則上2 1 0k 1、思考題思考題：若將楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置放在：若將楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置放在折射率為折射率為n的透明液體中，則明暗紋公式的透明液體中，則明暗紋公式及條紋間距公式及條紋間距公式 Dxd 1,2,k 21)(2k 暗，明2 k10 k Dx dnn2 2、光程、光程nrnr的物理意義的物理意義在相同的時(shí)間內(nèi)，光在真空中所走的路程。在相同的時(shí)間內(nèi)，光在真空中所走的路程。3 3、附加光程差、附加光程差 n dn ddn) 1( 附加光程差r r2 2S S1 1S S2 2r r1 1O OO O附加光程差附加光程差 與條紋移與條紋移動數(shù)動數(shù)N N之間應(yīng)滿足：之間應(yīng)滿足： N思考思考

6、: :若上下臂上分別放上透明介質(zhì)若上下臂上分別放上透明介質(zhì)( (n n1 1，d d1 1 ； n n2 2 ,d,d2 2 ), ),則附加光程差為則附加光程差為（該結(jié)論普遍成立）（該結(jié)論普遍成立） Dxd )1(解題思路：解題思路：5mm6x 1rSS1S2OP例例:雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,雙縫與屏之間的距離雙縫與屏之間的距離D=120cm,兩縫之間的距離兩縫之間的距離d=0.50mm,用波長用波長 的單色光垂直照射雙縫。的單色光垂直照射雙縫。 （1）求原點(diǎn)）求原點(diǎn)O上方的第五級明條紋的坐標(biāo)上方的第五級明條紋的坐標(biāo)X。（2）如果用厚度）如果用厚度 ，折射率，折射率

7、 n=1.58的透明薄膜覆蓋在圖中的的透明薄膜覆蓋在圖中的S1縫后面，求縫后面，求上述第五級明條紋的坐標(biāo)上述第五級明條紋的坐標(biāo)Xmm100 . 1e2A5000S1S2XOX2rx 5e) 1n (Dxd （2）) ener (r1255e) 1n (rr 12Sn1n2n3e二、透鏡不引起附加光程差二、透鏡不引起附加光程差CAB焦平面焦平面FCAB用透鏡觀測干涉時(shí)，不會帶來附加的光程差用透鏡觀測干涉時(shí)，不會帶來附加的光程差 ABCPDADnABn 12 22焦平面焦平面Fcos 22en2一、薄膜干涉（等厚干涉）一、薄膜干涉（等厚干涉）en 222 k 21)(2k明紋明紋暗紋暗紋條紋形狀由

8、膜的等厚條紋形狀由膜的等厚點(diǎn)軌跡所決定。點(diǎn)軌跡所決定。P當(dāng)垂直入射時(shí)當(dāng)垂直入射時(shí): :原則上原則上K K取取0 0，1 1，2 2，但要保證膜厚不能取但要保證膜厚不能取負(fù)值負(fù)值第四節(jié)第四節(jié) 薄薄 膜膜 干干 涉涉透射光透射光干涉干涉與與反射光反射光干涉正好互補(bǔ)干涉正好互補(bǔ), ,ABCD1n1n2n12i二二. . 增透膜與增反膜增透膜與增反膜故增透膜即為反射光干涉極小故增透膜即為反射光干涉極小; ;而增反膜而增反膜即為反射光干涉極大即為反射光干涉極大關(guān)于半波損失的討論：關(guān)于半波損失的討論：當(dāng)薄膜的折射率相當(dāng)薄膜的折射率相對于它兩邊介質(zhì)的折射率為最大或最小時(shí)，對于它兩邊介質(zhì)的折射率為最大或最小時(shí)

9、，兩束反射光干涉有半波損失。兩束反射光干涉有半波損失。例題：例題： 增透、增反膜增透、增反膜問：若反射光相消干涉的條件中取問：若反射光相消干涉的條件中取 k=1，膜的厚度為多少？此增透膜在可見光范膜的厚度為多少？此增透膜在可見光范圍內(nèi)有沒有增反？圍內(nèi)有沒有增反？已知：用波長已知：用波長 ，照相機(jī)鏡頭，照相機(jī)鏡頭n3=1.5，其其上涂一層上涂一層 n2=1.38的氟化鎂增透膜，光線垂直入射。的氟化鎂增透膜，光線垂直入射。nm5502/) 1k2(dn2211n5 .13n38.12ndm10982. 2n43d72解：反射光干涉無半波損失解：反射光干涉無半波損失kdn22nmk85511nmk5

10、 .41222nmk27533可見光波長范圍可見光波長范圍 400760nm波長波長412.5nm的可見光有增反。的可見光有增反。一、劈尖干涉一、劈尖干涉dl第第 五五 節(jié)節(jié) 劈尖干涉劈尖干涉 牛頓環(huán)牛頓環(huán) 22en明紋 k暗紋 2) 1k2(k=1,2,k=1,2,k=0,1,2,k=0,1,2,dln22 nne 即即:薄膜干涉中相鄰明紋（或暗紋）對應(yīng)薄膜干涉中相鄰明紋（或暗紋）對應(yīng)的薄膜厚度差為膜內(nèi)光波長的一半。的薄膜厚度差為膜內(nèi)光波長的一半。e ld1.1.相鄰的明紋（或暗紋）對應(yīng)的厚度差相鄰的明紋（或暗紋）對應(yīng)的厚度差e e及間距及間距劈尖角很小劈尖角很小,故有故有則則l tg si

11、neL2. 2. 工件表面的凹凸工件表面的凹凸h h2tgh223. 3. 條紋移動條紋移動則條紋移動則條紋移動N N條條e 24. 4. 求劈尖上明紋或暗紋數(shù)求劈尖上明紋或暗紋數(shù)&明紋數(shù)目明紋數(shù)目e 盯住某一點(diǎn)看，若厚度改變盯住某一點(diǎn)看，若厚度改變則附加光程差則附加光程差Ne 2若若dne &暗紋數(shù)目暗紋數(shù)目動畫動畫 取k的整數(shù)部分取k的整數(shù)部分k k k22dn2) 12(k22dn 1k ToSLGNM二、二、 牛牛 頓頓 環(huán)環(huán)k2/en22/) 1k2 (2/en23 , 2 , 1 , 0k3 , 2 , 1k明環(huán)明環(huán)暗環(huán)暗環(huán)RrCMNeo, 2 , 1k n2R)1

12、k2(r, 2 , 1 , 0k nkRr明環(huán)明環(huán)暗環(huán)暗環(huán)Rre22 牛頓環(huán)的應(yīng)用：測光波的波長，平凸透鏡牛頓環(huán)的應(yīng)用：測光波的波長，平凸透鏡的曲率半徑，檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量的曲率半徑，檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量R R1 1R R2 2rk2/en22/) 1k2 (2/en23 , 2 , 1 , 0k3 , 2 , 1k明環(huán)明環(huán)暗環(huán)暗環(huán)用用 2 2e=e= 2 2e e2 2- -2 2e e1 1 聯(lián)立聯(lián)立標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)待測透鏡待測透鏡暗紋暗紋 2222Rre 1212Rre 例題：例題： 牛頓環(huán)的應(yīng)用牛頓環(huán)的應(yīng)用RrCMNdo已知：用紫光照射，借助于低倍測量已知：用紫光照射，借助于低倍測量顯微

13、鏡測得由中心往外數(shù)第顯微鏡測得由中心往外數(shù)第 k 級明環(huán)級明環(huán)的半徑的半徑 , k 級往上數(shù)級往上數(shù)第第16 個(gè)明環(huán)半徑個(gè)明環(huán)半徑 ，平凸透鏡的曲率半徑平凸透鏡的曲率半徑R=2.50mmrk3100 .3mrk316100 . 5求：紫光的波長？求：紫光的波長？解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：解：根據(jù)明環(huán)半徑公式： Rrrkk162216 m72222100 . 450. 216)100 . 3()100 . 5( 以其高精度顯示以其高精度顯示光測量的優(yōu)越性光測量的優(yōu)越性 kek 2/2 )16(2/216 kek kRrk 2/2 ) 16(2/216 kRrk一束光在一束光在A A處分振幅形成的兩束

14、光處分振幅形成的兩束光1 1和和2 2的光程的光程差，就相當(dāng)于差，就相當(dāng)于由由M M1 1和和M M2 2形成的空氣膜上下兩形成的空氣膜上下兩個(gè)面反射光的光程差個(gè)面反射光的光程差。第第 六六 節(jié)節(jié) 邁克耳孫干涉儀邁克耳孫干涉儀在在G1鍍銀層上鍍銀層上M1的虛象的虛象M11M1212A1G2GS1M2M12L2L2邁克耳孫干涉邁克耳孫干涉儀儀動畫演示動畫演示思考：此處是否有半波損失？思考：此處是否有半波損失？討論討論: :(1(1) )當(dāng)當(dāng)M M2 2作一作一微小位移微小位移 ，則附加光程差則附加光程差e e2 （2）在一條光路上加一折射率為）在一條光路上加一折射率為n，厚度為厚度為d的透明介質(zhì)

15、，則引起的附加光程差的透明介質(zhì)，則引起的附加光程差dn ) 1(2思考思考當(dāng)兩臂分別都放上透明介質(zhì)時(shí)的附加光程差當(dāng)兩臂分別都放上透明介質(zhì)時(shí)的附加光程差1122) 1( 2) 1( 2dndn 1M122A1G2GS1M2M1例題：例題： 邁克耳孫干涉儀的應(yīng)用邁克耳孫干涉儀的應(yīng)用S1M2MAB在邁克耳孫干涉儀的兩臂在邁克耳孫干涉儀的兩臂中分別引入中分別引入 10 厘米長的厘米長的真空玻璃管真空玻璃管 A、B ，給其給其中一個(gè)在充以一個(gè)大氣壓中一個(gè)在充以一個(gè)大氣壓空氣的過程中觀察到空氣的過程中觀察到107.2 條條紋移動，所用波長為條條紋移動，所用波長為546nm。求空氣的折射率求空氣的折射率？N

16、d) 1n(2解：設(shè)空氣的折射率為解：設(shè)空氣的折射率為 n0002927. 11d22 .107n邁克耳孫干涉儀的兩臂中便于插放待測樣邁克耳孫干涉儀的兩臂中便于插放待測樣品，由條紋的變化測量有關(guān)參數(shù)。精度高。品，由條紋的變化測量有關(guān)參數(shù)。精度高?？諝馄讲Ａе嫫桨纪哥R圓柱面7 / 4 思考題：思考題： 用波長為用波長為 的的平行單色光垂直照射圖平行單色光垂直照射圖中所示的裝置，觀察空中所示的裝置，觀察空氣薄膜上下表面反射光氣薄膜上下表面反射光形成的等厚干涉條紋形成的等厚干涉條紋試在裝置圖下方的方框試在裝置圖下方的方框內(nèi)畫出相應(yīng)的干涉條紋內(nèi)畫出相應(yīng)的干涉條紋，只畫暗條紋，表示出，只畫暗條紋，表示

17、出它們的形狀，條數(shù)和疏它們的形狀，條數(shù)和疏密密 例：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，屏幕例：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，屏幕E上的上的P點(diǎn)處是點(diǎn)處是明條紋若將縫明條紋若將縫S2蓋住，并在蓋住，并在S1 S2連線的垂連線的垂直平分面處放一高折射率介質(zhì)反射面直平分面處放一高折射率介質(zhì)反射面M，如如圖所示，則此時(shí)圖所示，則此時(shí) (A) P點(diǎn)處仍為明條紋點(diǎn)處仍為明條紋 (B) P點(diǎn)處為暗條紋點(diǎn)處為暗條紋 (C) 不能確定不能確定P點(diǎn)處是明點(diǎn)處是明 條紋還是暗條紋條紋還是暗條紋 (D) 無干涉條紋無干涉條紋 P E M S1 S2 S 例：例： 如圖所示，假設(shè)有兩個(gè)同相的相干點(diǎn)光如圖所示，假設(shè)有兩個(gè)同相的相干點(diǎn)光源源S1和和S

18、2，發(fā)出波長為發(fā)出波長為 的光的光A是它們連線是它們連線的中垂線上的一點(diǎn)若在的中垂線上的一點(diǎn)若在S1與與A之間插入厚之間插入厚度為度為e、折射率為折射率為n的薄玻璃片，則兩光源發(fā)的薄玻璃片，則兩光源發(fā)出的光在出的光在A點(diǎn)的相位差點(diǎn)的相位差 f f = _ 若已知若已知 500 nm，n1.5，A點(diǎn)恰為第四點(diǎn)恰為第四級明紋中心，則級明紋中心，則e_nm(1 nm =10-9 m) S1S2A n e4103 2 (n 1) e/ 例例. 折射率分別為折射率分別為n1和和n2的兩塊平板玻璃構(gòu)的兩塊平板玻璃構(gòu)成空氣劈尖，用波長為成空氣劈尖，用波長為 的單色光垂直照射的單色光垂直照射如果將該劈尖裝置浸

19、入折射率為如果將該劈尖裝置浸入折射率為n的透明的透明液體中，且液體中，且n2nn1，則劈尖厚度為則劈尖厚度為e的地的地方兩反射光的光程差的改變量是方兩反射光的光程差的改變量是_ P 1.52 1.75 1.52 圖中數(shù)字為各處的折射 1.62 1.62 例例. . 在圖示三種透明材料構(gòu)在圖示三種透明材料構(gòu)成的牛頓環(huán)裝置中成的牛頓環(huán)裝置中, ,用單色光用單色光垂直照射，在反射光中看垂直照射，在反射光中看到干涉條紋，則在接觸點(diǎn)到干涉條紋，則在接觸點(diǎn)P P 處形成的圓斑為處形成的圓斑為_ _ 一、光的衍射現(xiàn)象一、光的衍射現(xiàn)象SABESABE bba a 縫寬比波長大得多時(shí)，縫寬比波長大得多時(shí)，光可看

20、成是直線傳播光可看成是直線傳播 縫寬可與波長相比縫寬可與波長相比較時(shí)，出現(xiàn)衍射條紋較時(shí)，出現(xiàn)衍射條紋光光 的的 衍衍 射射 第一節(jié)第一節(jié) 光的衍射光的衍射 惠更斯惠更斯非涅耳原理非涅耳原理 圓圓 孔孔 衍衍 射射S 近近 場場 衍衍 射射（ 菲菲 涅涅 耳耳 衍衍 射）射）S 線線 光光 源源f1 單單 縫縫 衍衍 射射f2遠(yuǎn)場遠(yuǎn)場 衍衍 射（射（ 夫夫 瑯瑯 和和 費(fèi)費(fèi) 衍衍 射射 衍衍 射）射） 二、惠更斯二、惠更斯- -菲涅耳原理菲涅耳原理 從同一波面上各點(diǎn)所發(fā)出的子波，經(jīng)傳播在從同一波面上各點(diǎn)所發(fā)出的子波，經(jīng)傳播在空間某點(diǎn)相遇時(shí)，也可相互疊加而產(chǎn)生干涉空間某點(diǎn)相遇時(shí)，也可相互疊加而產(chǎn)生

21、干涉現(xiàn)象?，F(xiàn)象。n 波波 面面 SdS 菲菲 涅涅 耳耳 具具 體體 提提 出出pr& 各次波在各次波在P P點(diǎn)引起的點(diǎn)引起的合振動由光程差確定合振動由光程差確定& r1dA& ,dSdA 且且dAdA隨隨 的增大而減小，的增大而減小，并并 認(rèn)認(rèn) 為為 時(shí)，時(shí)，dA=02 第二節(jié)第二節(jié) 單單 縫縫 夫夫 瑯瑯 和和 費(fèi)費(fèi) 衍衍 射射1LS2Lf1f2X光強(qiáng)ofxp單縫AB3A1A2AaCAB3A1A2A2 2C一一. . 菲涅耳半波帶法菲涅耳半波帶法相鄰兩個(gè)相鄰兩個(gè)半波帶半波帶的各對應(yīng)的各對應(yīng)點(diǎn)之間的光程差為點(diǎn)之間的光程差為 /2/2 AB2Ca asina 2k2 2

22、) 1k2(暗暗明明3 , ,2 1k 注：公式中注：公式中 前面的系數(shù)為單前面的系數(shù)為單縫所能分成的半波帶數(shù)，而公式縫所能分成的半波帶數(shù)，而公式中的中的 k k 為條紋的級次為條紋的級次2單縫邊緣兩點(diǎn)之間單縫邊緣兩點(diǎn)之間對應(yīng)的光程差為對應(yīng)的光程差為:二二.討論：討論： tgsinofxptgfxaaffx半 寬 度度中央明紋中央明紋Io其它各級明條紋其它各級明條紋的寬度為中央明條的寬度為中央明條紋寬度的一半。紋寬度的一半。aa21.1.單縫所能分成的半波帶數(shù)取決于衍射角單縫所能分成的半波帶數(shù)取決于衍射角2.2.中央明紋半角寬中央明紋半角寬即為第一即為第一級暗紋對應(yīng)的衍射角級暗紋對應(yīng)的衍射角3

23、.3.白光照射白光照射中央為白色明條紋，其兩側(cè)各級都為彩色條紋中央為白色明條紋，其兩側(cè)各級都為彩色條紋, ,紫光在內(nèi)紫光在內(nèi), ,紅光在外。紅光在外。該衍射圖樣稱為該衍射圖樣稱為衍射光譜衍射光譜。4.4.縫越窄（縫越窄（ a a 越?。?，條紋分散得越開，越?。?，條紋分散得越開，衍射現(xiàn)象越明顯；反之，條紋向中央靠攏。衍射現(xiàn)象越明顯；反之，條紋向中央靠攏。幾何光學(xué)是波動光學(xué)在幾何光學(xué)是波動光學(xué)在 時(shí)的極限情況時(shí)的極限情況 a當(dāng)當(dāng) 或或 時(shí)會出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象時(shí)會出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象aa思考思考1：上下前后移動上下前后移動狹縫狹縫位置，條紋是否位置，條紋是否移動？移動？ 思考：思考：上下移動上下移動透

24、鏡透鏡，條紋是否移動？，條紋是否移動？6.6.將裝置放在折射率為將裝置放在折射率為 n n的透明液體中，則的透明液體中，則sinan 22 k 暗暗 2) 12 ( k明明3 , ,2 1k 單縫邊緣兩點(diǎn)之間單縫邊緣兩點(diǎn)之間對應(yīng)的光程差為對應(yīng)的光程差為: :7.7.斜射斜射Dpsinsinaa 22 k 暗暗 2)12( k明明xofABC-xpofABofABPQR例例1 1：如圖，波長為：如圖，波長為 的單色平行光垂直照的單色平行光垂直照射單縫，若由單縫邊射單縫，若由單縫邊緣發(fā)出的光波到達(dá)屏緣發(fā)出的光波到達(dá)屏上上P P、Q Q、R R三點(diǎn)的光程三點(diǎn)的光程差分別為差分別為2 2 、2.52.

25、5 、3 3.5.5 , ,比較比較P P、Q Q、 R R三點(diǎn)的亮度。三點(diǎn)的亮度。 例例2：在單縫夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，波長為：在單縫夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，波長為 的單色光垂直入射在寬度為的單色光垂直入射在寬度為a4 的單縫上的單縫上，對應(yīng)于衍射角為，對應(yīng)于衍射角為30的方向，單縫處波陣的方向，單縫處波陣面可分成的半波帶數(shù)目為面可分成的半波帶數(shù)目為 (A) 2 個(gè)個(gè) (B) 4 個(gè)個(gè) (C) 6 個(gè)個(gè) (D) 8 個(gè)個(gè) 例例3、根據(jù)惠更斯菲涅耳原理，若已知光在某時(shí)、根據(jù)惠更斯菲涅耳原理，若已知光在某時(shí)刻的波陣面為刻的波陣面為S，則則S的前方某點(diǎn)的前方某點(diǎn)P的光強(qiáng)度決定于的光強(qiáng)度決定于波陣面波陣面

26、S上所有面積元發(fā)出的子波各自傳到上所有面積元發(fā)出的子波各自傳到P點(diǎn)的點(diǎn)的 (A) 振動振幅之和振動振幅之和 (B) 光強(qiáng)之和光強(qiáng)之和 (C) 振動振幅之和的平方振動振幅之和的平方 (D) 振動的相干疊加振動的相干疊加 第三節(jié)第三節(jié) 圓孔衍射圓孔衍射 光學(xué)儀器的分辨率光學(xué)儀器的分辨率S1L光源光源R障礙物障礙物D/22. 1sin00 中央是個(gè)明中央是個(gè)明亮的圓斑，外亮的圓斑，外圍是一組同心圍是一組同心的明環(huán)和暗環(huán)。的明環(huán)和暗環(huán)。E接收屏接收屏2Lf第一級暗環(huán)對應(yīng)的衍射角第一級暗環(huán)對應(yīng)的衍射角 稱為稱為愛里斑的半角寬愛里斑的半角寬，理論計(jì)算得，理論計(jì)算得0fr00 愛里斑的半徑為：愛里斑的半徑為

27、：一、圓孔夫瑯和費(fèi)衍射一、圓孔夫瑯和費(fèi)衍射二、光學(xué)儀器的分辨率二、光學(xué)儀器的分辨率&一個(gè)透鏡成象的光路可用兩個(gè)透鏡的作一個(gè)透鏡成象的光路可用兩個(gè)透鏡的作用來等效，同時(shí)，透鏡的邊緣，相當(dāng)于一用來等效，同時(shí)，透鏡的邊緣，相當(dāng)于一個(gè)圓形光欄，如圖所示：個(gè)圓形光欄，如圖所示：點(diǎn)物S象SL點(diǎn)物象L2L1f2f1A&瑞利判據(jù)：瑞利判據(jù)：對一個(gè)光學(xué)儀器來說，對一個(gè)光學(xué)儀器來說，如果一如果一個(gè)點(diǎn)光源的愛里斑的邊緣剛好與另一個(gè)點(diǎn)光個(gè)點(diǎn)光源的愛里斑的邊緣剛好與另一個(gè)點(diǎn)光源的愛里斑的中心重合，源的愛里斑的中心重合，則這兩個(gè)點(diǎn)光源恰則這兩個(gè)點(diǎn)光源恰好為這一光學(xué)儀器所分辨。好為這一光學(xué)儀器所分辨。 最小

28、分辨角，最小分辨角， 即為愛里斑的半角寬。即為愛里斑的半角寬。 yLS1S2S1S2可分辨可分辨不可分辨不可分辨 恰可分辨恰可分辨S1S2 =1.22 =1.22 / /D D1 1/ / 為光學(xué)儀器的分辨率為光學(xué)儀器的分辨率 y y/ /L L = =&電子顯微鏡比光學(xué)顯微鏡的分辨率要高得多電子顯微鏡比光學(xué)顯微鏡的分辨率要高得多，為研究分子結(jié)構(gòu)，晶格的缺陷，病毒和細(xì)胞的，為研究分子結(jié)構(gòu)，晶格的缺陷，病毒和細(xì)胞的組織等提供了有力的武器。組織等提供了有力的武器。光學(xué)顯微鏡：光學(xué)顯微鏡：200200nm, 2000nm, 2000倍倍電子顯微鏡：電子顯微鏡：0.1440.144nmnm，

29、80 80萬倍萬倍第四節(jié)第四節(jié) 衍衍 射射 光光 柵柵反射光柵反射光柵透射光柵透射光柵& a a為透光寬度為透光寬度 b b為不透光寬度為不透光寬度光柵常數(shù)光柵常數(shù) d=a+bd=a+b一、一、 光柵衍射圖樣光柵衍射圖樣 光柵每個(gè)縫形成各光柵每個(gè)縫形成各自的單縫衍射圖樣自的單縫衍射圖樣sinI 光柵縫與縫之間形光柵縫與縫之間形成的多縫干涉圖樣成的多縫干涉圖樣I / I 0=1sin衍射裝置衍射裝置光柵衍射圖樣是多光柵衍射圖樣是多縫干涉光強(qiáng)分布受單縫干涉光強(qiáng)分布受單縫衍射光強(qiáng)分布調(diào)制縫衍射光強(qiáng)分布調(diào)制的結(jié)果。的結(jié)果。I / I 0=1 P Oa+bf二、光柵方程二、光柵方程 kba si

30、n)(k=0,1,2,3 k=0,1,2,3 （主極大）（主極大） 相鄰兩個(gè)主極大明條紋間有相鄰兩個(gè)主極大明條紋間有（N-1)N-1)個(gè)暗條紋，個(gè)暗條紋，（N-2)N-2)個(gè)次極大，個(gè)次極大， 主極大半角寬主極大半角寬d d （見馬文尉書）見馬文尉書）N=2N=6I / I 0sin 縫數(shù)縫數(shù) N N 越多，越多，主極大的半角寬越小，主極大的半角寬越小，條紋越細(xì)條紋越細(xì)銳。銳。 相鄰兩個(gè)主極大之間的角間距相鄰兩個(gè)主極大之間的角間距kkd cos ( (a+b)a+b)sinsin = =k k 光柵常數(shù)越小，條紋分得越開，越清晰光柵常數(shù)越小，條紋分得越開，越清晰a asinsin =2=2k

31、k （ /2/2）= =k k 缺級現(xiàn)象缺級現(xiàn)象( (a+b)a+b)sinsin = =k k 所得所得 K K值就是所缺的級次值就是所缺的級次（縫間干涉極大）（縫間干涉極大）（單縫衍射極?。▎慰p衍射極?。┘矗杭矗簁abak （ 原則上可取原則上可取 k k1 1，2 2，3 3，但必須同時(shí)滿但必須同時(shí)滿足足k k為整數(shù)）為整數(shù)）如：如：k23k212k令令k2，4，6，得得 k3，6，9處缺級處缺級I / I 0sin缺級缺級缺級缺級單縫衍射中央主極大條紋范圍內(nèi)含有好幾條光柵單縫衍射中央主極大條紋范圍內(nèi)含有好幾條光柵明紋明紋)2( 屏上看見的條紋數(shù)屏上看見的條紋數(shù) k 2sinb)(a

32、2 ，令令再考慮缺級，對稱性及中央明紋。再考慮缺級，對稱性及中央明紋。 放在折射率為放在折射率為n的液體中的液體中n (a+b) sin =k k=0, 1, 2, 3 斜射斜射kbabasin)(sin)(PQO 其中其中 ， 均為代數(shù)量均為代數(shù)量+-+-思考：求最高級次思考：求最高級次kkbak cos)( &級次越高，光譜越寬，第二級譜線與級次越高，光譜越寬，第二級譜線與第三級譜線已開始發(fā)生重疊。第三級譜線已開始發(fā)生重疊。三、衍射光譜三、衍射光譜(a+b) sin =k k=ok=1k=2k=3重疊重疊區(qū)區(qū)例：用波長例：用波長40004000A Ao o-7600-7600A A

33、o o的的白光照射衍射光柵白光照射衍射光柵, ,求第二級求第二級譜線重疊的波長范圍。譜線重疊的波長范圍。 A7600解：解： 2sin)( ba紫紫 3sin)( ba A6000 一一. 特點(diǎn)特點(diǎn)AK高壓高壓第五節(jié)第五節(jié) X 射線射線 衍衍 射射(1895年德國的倫琴發(fā)現(xiàn)年德國的倫琴發(fā)現(xiàn)X射線射線)使底片感光以及使空氣電離使底片感光以及使空氣電離穿透力強(qiáng)。穿透力強(qiáng)。是波長較短的電磁波是波長較短的電磁波, ,范圍在范圍在0.0010.001nm-10nmnm-10nm之間之間在電磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)在電磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)求第三級譜線重疊的波長范圍求第三級譜線重疊的波長范圍四、干涉與衍射的聯(lián)系及區(qū)別四

34、、干涉與衍射的聯(lián)系及區(qū)別* 1912 1912年德國的勞厄首次利用晶體光柵才證實(shí)了年德國的勞厄首次利用晶體光柵才證實(shí)了X X射線的波動性。射線的波動性。B BC CP P鉛版鉛版天然天然晶體晶體乳膠板乳膠板* 在乳膠板上形成對稱分布的在乳膠板上形成對稱分布的若干衍射斑點(diǎn)，稱為勞厄斑。若干衍射斑點(diǎn)，稱為勞厄斑。二二. .布喇格公式（布喇格公式（19131913年）年）3 , 2 , 1 kkMPNM MPAB123dCDA123d N kdsin23 , 2 , 1k 考慮的是上下兩層晶面反射光線間的干考慮的是上下兩層晶面反射光線間的干涉。涉。 X X射線的應(yīng)用不僅開創(chuàng)了射線的應(yīng)用不僅開創(chuàng)了研究

35、晶體結(jié)構(gòu)研究晶體結(jié)構(gòu)的新領(lǐng)域，而且用它可以的新領(lǐng)域，而且用它可以作光譜分析作光譜分析，在，在科學(xué)研究和工程技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用科學(xué)研究和工程技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用MPA123d N光光 的的 偏偏 振振 性性第一節(jié)、自然光和偏振光第一節(jié)、自然光和偏振光一、光的偏振性一、光的偏振性縱波縱波橫波橫波&振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振做偏振&偏振現(xiàn)象是橫波區(qū)別于縱波的最明顯的偏振現(xiàn)象是橫波區(qū)別于縱波的最明顯的標(biāo)志標(biāo)志 自然光可分解為兩個(gè)互相垂直、自然光可分解為兩個(gè)互相垂直、振幅相等，沒有任何相位關(guān)系的光振動。振幅相等，沒有任何相位關(guān)系的光振動。 X

36、Y二二. . 自然光：自然光： * 沒有一個(gè)方向光矢量振動更占優(yōu)勢，這樣特沒有一個(gè)方向光矢量振動更占優(yōu)勢，這樣特征的光稱為自然光征的光稱為自然光 021IIIYX YXIII 0 （完全（完全偏振光偏振光、三三. . 線偏振光線偏振光 XY&光矢量的振動方向與傳播方向所構(gòu)成的光矢量的振動方向與傳播方向所構(gòu)成的平面叫振動面。平面叫振動面。平面偏振光平面偏振光）四四. .部分偏振光部分偏振光第二節(jié)第二節(jié) 起偏和檢偏起偏和檢偏 馬呂斯定律馬呂斯定律一、一、 偏振片的起偏與檢偏偏振片的起偏與檢偏1. 1. 二向色性二向色性2 2、偏振片的作用：、偏振片的作用：偏振片有一個(gè)特殊的偏振片有一個(gè)特殊的方向方向, ,叫偏振化方向叫偏振化方向( (或透光軸方向或透光軸方向) )。偏。偏振片只允許平行于偏振化方向的光振動振片只允許平行于偏振化方向的光振動( (完全完全) )通過通過, ,而讓垂直于偏振化方向的光而讓垂直于偏振化方向的光振動被振動被( (完全完全) )吸收吸收. . I0I0 / 2I0 / 2 I0I0 / 2I=0起偏器起偏器檢偏器檢偏器c co os sI II I2 20 0一束光強(qiáng)為一束光強(qiáng)為 的線偏光，的線偏光，透過檢偏器以后，透射透過檢偏器以后，透射光強(qiáng)為：光強(qiáng)為：0I 為