第12章光學(xué)完全版ppt課件

1、1第第 12 章章(1) light (6)光學(xué)光學(xué)12 本篇的研討對(duì)象本篇的研討對(duì)象: 光。光。 光是什么？近代物理以為，光既是一種光是什么？近代物理以為，光既是一種動(dòng)搖動(dòng)搖(電磁波電磁波)，又是一種粒子，又是一種粒子(光子光子)。就是說(shuō)，。就是說(shuō)，光是具有波粒二象性的一致體。光是具有波粒二象性的一致體。 光學(xué)通常分為幾何光學(xué)、動(dòng)搖光學(xué)和量光學(xué)通常分為幾何光學(xué)、動(dòng)搖光學(xué)和量子光學(xué)三部分。子光學(xué)三部分。 我們這里研討光的動(dòng)搖性。動(dòng)搖光學(xué)是我們這里研討光的動(dòng)搖性。動(dòng)搖光學(xué)是當(dāng)代激光光學(xué)、信息光學(xué)、非線性光學(xué)和很當(dāng)代激光光學(xué)、信息光學(xué)、非線性光學(xué)和很多運(yùn)用光學(xué)的重要根底。動(dòng)搖最重要的特征多運(yùn)用光學(xué)

2、的重要根底。動(dòng)搖最重要的特征是具有干涉、衍射和偏振景象。是具有干涉、衍射和偏振景象。引引 子子23 可見光可見光,即能引起人的視覺的電磁波即能引起人的視覺的電磁波,它的頻率在它的頻率在3.910147.71014Hz之間之間,相應(yīng)真空中的波長(zhǎng)在相應(yīng)真空中的波長(zhǎng)在77003900之間。不同頻率的光，顏色也不同。頻之間。不同頻率的光，顏色也不同。頻率與顏色如表率與顏色如表19-1所示。所示。紅紅 光光 77006200 3.91014 4.8 1014Hz 橙橙 光光 62005900 4.81014 5.1 1014Hz 黃黃 光光 59005600 5.11014 5.4 1014Hz 綠綠

3、光光 56005000 5.41014 6.0 1014Hz 青青 光光 50004800 6.01014 6.3 1014Hz 藍(lán)藍(lán) 光光 48004500 6.31014 6.7 1014Hz 紫紫 光光 4500 3900 6.71014 7.7 1014Hz 表表19-1 可見光的范圍可見光的范圍34 就能量的傳輸而言，光波中的電場(chǎng)就能量的傳輸而言，光波中的電場(chǎng)E和磁場(chǎng)和磁場(chǎng)H是同等重要的。但實(shí)驗(yàn)證明是同等重要的。但實(shí)驗(yàn)證明,引起眼睛視覺效應(yīng)和引起眼睛視覺效應(yīng)和光化學(xué)效應(yīng)的是光波中的電場(chǎng)光化學(xué)效應(yīng)的是光波中的電場(chǎng),所以我們把光波中所以我們把光波中的電場(chǎng)強(qiáng)度的電場(chǎng)強(qiáng)度E稱為光矢量稱為光矢

4、量(或光振動(dòng)或光振動(dòng))。 在動(dòng)搖光學(xué)中在動(dòng)搖光學(xué)中, 光強(qiáng)定義為光強(qiáng)定義為 和機(jī)械波里的情況一樣和機(jī)械波里的情況一樣,兩列頻率一樣、光矢兩列頻率一樣、光矢量方向平行、相差恒定的光波在重疊區(qū)也要發(fā)生相量方向平行、相差恒定的光波在重疊區(qū)也要發(fā)生相關(guān)疊加。光波相關(guān)疊加的結(jié)果是構(gòu)成穩(wěn)定的、不均關(guān)疊加。光波相關(guān)疊加的結(jié)果是構(gòu)成穩(wěn)定的、不均勻的光強(qiáng)分布勻的光強(qiáng)分布, 即構(gòu)成明暗相間的條紋分布。即構(gòu)成明暗相間的條紋分布。HES HESI 2Eoo 2E 45一一.原子的發(fā)光原子的發(fā)光 光是光源中的原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出光是光源中的原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的。的。波列波列 v=(E2-E1)/

5、h 波列長(zhǎng)波列長(zhǎng)x =x = c c能級(jí)躍遷輻射能級(jí)躍遷輻射E1E2 原子發(fā)出的光是一個(gè)有限長(zhǎng)的波列原子發(fā)出的光是一個(gè)有限長(zhǎng)的波列; ; 即既不是延即既不是延續(xù)光譜，也不是絕對(duì)單色光。續(xù)光譜，也不是絕對(duì)單色光。12-2 光源光源 單色光單色光 相關(guān)光相關(guān)光 562. 激光光源：受激輻射激光光源：受激輻射 (將在近代物理中討論將在近代物理中討論)1.1.普通光源：自發(fā)輻射普通光源：自發(fā)輻射( (隨機(jī)、獨(dú)立隨機(jī)、獨(dú)立) )不相關(guān)不相關(guān)( (不同原子發(fā)的不同原子發(fā)的光光) )不相關(guān)不相關(guān)( (同一原子先后發(fā)的同一原子先后發(fā)的光光) )二二.光光 源源67一一.光的干涉光的干涉 兩束光 (1)頻率一樣

6、； (2)光振動(dòng)方向一樣； (3)相差恒定； 相關(guān)條件相關(guān)條件 那么在空間相遇區(qū)域就會(huì)構(gòu)成穩(wěn)定的明、暗相間那么在空間相遇區(qū)域就會(huì)構(gòu)成穩(wěn)定的明、暗相間的條紋分布，這種景象稱為光的干涉。的條紋分布，這種景象稱為光的干涉。 cos22122212EEEEE)(21212rr 其中其中 二二.相關(guān)疊加和非相關(guān)疊加相關(guān)疊加和非相關(guān)疊加 由動(dòng)搖實(shí)際知由動(dòng)搖實(shí)際知, 光矢量平行、頻率一樣、振幅為光矢量平行、頻率一樣、振幅為E1和和E2的兩列光波在某處疊加后的兩列光波在某處疊加后,合振動(dòng)的振幅為合振動(dòng)的振幅為光波的相關(guān)疊加光波的相關(guān)疊加78在動(dòng)搖光學(xué)中，光強(qiáng)定義為在動(dòng)搖光學(xué)中，光強(qiáng)定義為dtEEI 0221

7、cos22122212EEEEE即光強(qiáng)即光強(qiáng))cos1(202121 dtIIIII 1.非相關(guān)疊加非相關(guān)疊加 對(duì)普通光源來(lái)說(shuō)，由于原子發(fā)光是間歇的、隨機(jī)對(duì)普通光源來(lái)說(shuō)，由于原子發(fā)光是間歇的、隨機(jī)的、獨(dú)立的，在察看時(shí)間的、獨(dú)立的，在察看時(shí)間內(nèi)，相位差內(nèi)，相位差不能堅(jiān)不能堅(jiān)持恒定持恒定,變化次數(shù)極多變化次數(shù)極多,可取可取02間的一切能夠值間的一切能夠值,且時(shí)且時(shí)機(jī)均等，因此機(jī)均等，因此0cos10 dt89于是非相關(guān)疊加時(shí)的光強(qiáng)為于是非相關(guān)疊加時(shí)的光強(qiáng)為 I=I1+I2 (12-1) 可見，在非相關(guān)疊加時(shí)，總光強(qiáng)等于兩光源單可見，在非相關(guān)疊加時(shí)，總光強(qiáng)等于兩光源單獨(dú)發(fā)出的光波在該處產(chǎn)生的光強(qiáng)之和

8、，且光強(qiáng)是均獨(dú)發(fā)出的光波在該處產(chǎn)生的光強(qiáng)之和，且光強(qiáng)是均勻分布的。勻分布的。 2.相關(guān)疊加相關(guān)疊加 可見，在相關(guān)疊加時(shí)可見，在相關(guān)疊加時(shí),合成光強(qiáng)在空間構(gòu)成強(qiáng)弱合成光強(qiáng)在空間構(gòu)成強(qiáng)弱相間的穩(wěn)定分布。這是相關(guān)疊加的重要特征。相間的穩(wěn)定分布。這是相關(guān)疊加的重要特征。)cos1(202121 dtIIIII 假設(shè)在察看時(shí)間假設(shè)在察看時(shí)間內(nèi)，相位差內(nèi)，相位差堅(jiān)持恒定堅(jiān)持恒定, ,那那么合成光強(qiáng)為么合成光強(qiáng)為 sIIIIIco22121(12-2)(21212rr 910 假設(shè)假設(shè)I1=I2 I1=I2 ，那么合成光強(qiáng)，那么合成光強(qiáng)為為2cos4)cos1(2211 III)(21212rr 當(dāng)當(dāng)=2k

9、, Imax=4I1 , 明紋明紋(加強(qiáng)加強(qiáng))=(2k+1), Imin=0 , 暗紋暗紋(減弱減弱)(12-3) sIIIIIco22121(12-2)1011四四.獲得相關(guān)光的方法獲得相關(guān)光的方法 如前所述，普通光源發(fā)出的光是不相關(guān)的。如前所述，普通光源發(fā)出的光是不相關(guān)的。 利用普通光源獲得相關(guān)光的根本原理是將一個(gè)光源利用普通光源獲得相關(guān)光的根本原理是將一個(gè)光源的微小部分的微小部分(視為點(diǎn)光源或線光源視為點(diǎn)光源或線光源)發(fā)出的光設(shè)法分成發(fā)出的光設(shè)法分成兩束兩束,使這兩束光在空間經(jīng)不同途徑再會(huì)聚。使這兩束光在空間經(jīng)不同途徑再會(huì)聚。 雖然這個(gè)光源的相位不斷地變化雖然這個(gè)光源的相位不斷地變化,但

10、任何相位的改但任何相位的改動(dòng)總是同時(shí)發(fā)生在這兩列光波中動(dòng)總是同時(shí)發(fā)生在這兩列光波中,因此因此,在會(huì)聚點(diǎn)上在會(huì)聚點(diǎn)上,這這兩束光的相位差是恒定不變的兩束光的相位差是恒定不變的,從而滿足相關(guān)條件而成從而滿足相關(guān)條件而成為相關(guān)光。為相關(guān)光。 對(duì)初相一樣的兩相關(guān)光源對(duì)初相一樣的兩相關(guān)光源 , 有有光程差光程差即即 明紋明紋2) 12 ( k22k 暗紋暗紋 =,.)2 , 1 , 0( k1112 真空，真空，s在在s1s2的中垂線上，于是光源的中垂線上，于是光源s1和和s2 的的初相一樣，干涉的強(qiáng)弱取決于從初相一樣，干涉的強(qiáng)弱取決于從s1和和s2發(fā)出的兩光發(fā)出的兩光線的光程差：線的光程差： =r2-

11、r1=s2s1po圖12-1Lds *r2r1K=0K=1K=1K=2K=212-3 雙雙 縫縫 干干 涉涉 一一.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 明紋明紋2) 12 ( k22k 暗紋暗紋,.)2 , 1 , 0( k1213建立坐標(biāo)系，將條紋位置用坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，將條紋位置用坐標(biāo)x來(lái)表達(dá)最方便。來(lái)表達(dá)最方便。 r12=L2+(x-d/2)2, r22=L2+(x+d/2)2思索到思索到Ld, r1+r22L,于是明暗紋條件可寫為于是明暗紋條件可寫為s *s2s1po圖12-1Ldr2r1xxK=0K=-1K=1K=2K=-2 明紋明紋2) 12 ( k22k 暗紋暗紋,.)2 , 1 , 0(

12、kLdx(12-4)1314k=0,1,2,分別稱為第一級(jí)、第二級(jí)暗紋等等。分別稱為第一級(jí)、第二級(jí)暗紋等等。 上式中的上式中的k為干涉條紋的級(jí)次。由上式求得條紋為干涉條紋的級(jí)次。由上式求得條紋的坐標(biāo)為的坐標(biāo)為 k=0,1,2,依次稱為零級(jí)、第一級(jí)、第二級(jí)明紋依次稱為零級(jí)、第一級(jí)、第二級(jí)明紋等等。零級(jí)亮紋等等。零級(jí)亮紋(中央亮紋中央亮紋)在在x=0處。處。 )21(kdLx暗紋，暗紋，k =0,1,2,. (12-4b) kdLx明紋，明紋，k =0,1,2,.(12-4a) 明紋明紋2) 12 ( k22k 暗紋暗紋,.)2 , 1 , 0( kLdx(12-4)1415條紋特征：條紋特征：

13、(1)干涉條紋是平行雙縫的直線條紋。中央為零干涉條紋是平行雙縫的直線條紋。中央為零級(jí)明紋，上下對(duì)稱，明暗相間，均勻陳列。級(jí)明紋，上下對(duì)稱，明暗相間，均勻陳列。 (2)相鄰亮紋相鄰亮紋(或暗紋或暗紋)間的間隔為間的間隔為dLxxxkk 1(12-5)dLkx s *s2s1po圖12-1Ldr2r1xxK=0K=-1K=1K=2K=-21516 (3)如用白光作實(shí)驗(yàn)如用白光作實(shí)驗(yàn), 那么除了中央那么除了中央亮紋仍是白色的外亮紋仍是白色的外,其他各級(jí)條紋構(gòu)成其他各級(jí)條紋構(gòu)成從中央向外由紫到紅陳列的彩色條從中央向外由紫到紅陳列的彩色條紋紋光譜。光譜。dLkx k=0k=-1k=-2k=1k=2161

14、7pr2r1s *o圖12-1as2s1Ldxxr01r02s *s2s1po圖12-1Ldr2r1xxK=0K=-1K=1K=2K=-2(4)討論討論: =r02-r01+r2-r1 =r02-r01Ldx 明紋明紋2) 12 ( k22k 暗紋暗紋1718 例題例題12-1 雙縫間的間隔雙縫間的間隔d=0.25mm,雙縫到屏幕的雙縫到屏幕的間隔間隔L=50cm,用波長(zhǎng)用波長(zhǎng)40007000的白光照射雙縫，的白光照射雙縫，求第求第2級(jí)明紋彩色帶級(jí)明紋彩色帶(第第2級(jí)光譜級(jí)光譜)的寬度。的寬度。 解解 所求第所求第2級(jí)明紋彩色帶級(jí)明紋彩色帶(光光譜譜)的寬度實(shí)踐上是的寬度實(shí)踐上是7000的第的

15、第2級(jí)級(jí)亮紋和亮紋和4000的的第的的第2級(jí)亮紋之間級(jí)亮紋之間的間隔的間隔d。dLkx 明紋坐標(biāo)為明紋坐標(biāo)為)(212 dLx 代入：代入：d=0.25mm, L=500mm, 2=710-4mm , 1= 4 10-4mm得：得： x =1.2mmk=0k=-1k=-2k=1k=2 x1819 例題例題12-2 將雙縫用厚將雙縫用厚e、折射率分別為、折射率分別為n1=1.4、n2=1.7的透明薄膜蓋住，發(fā)現(xiàn)原中央明級(jí)處被第五級(jí)的透明薄膜蓋住，發(fā)現(xiàn)原中央明級(jí)處被第五級(jí)亮紋占據(jù)亮紋占據(jù),如圖如圖12-5所示。所用波長(zhǎng)所示。所用波長(zhǎng)=6000,問(wèn)：現(xiàn)問(wèn)：現(xiàn)零級(jí)明紋在何處？膜厚零級(jí)明紋在何處？膜厚e

16、=? =10-5m=(n2 -n1)eoen1n2e圖12-2s1s2 解解 未蓋薄膜時(shí)的中央明紋未蓋薄膜時(shí)的中央明紋o:012rr1r2r蓋薄膜時(shí)的蓋薄膜時(shí)的o點(diǎn)的光程差點(diǎn)的光程差:)()(1122enerener5125nne如今零級(jí)明紋在何處如今零級(jí)明紋在何處?1920)()(1122enerener0如今零級(jí)明紋在何處如今零級(jí)明紋在何處(加片后加片后)?ennrr)(1212512rr如今零級(jí)明紋在未加片的如今零級(jí)明紋在未加片的-5級(jí)明紋處級(jí)明紋處.(零級(jí)零級(jí))oen1n2e圖12-2s1s2k2021二二.洛埃鏡洛埃鏡s圖12-3ELdx 由于半波損失的存在，洛埃鏡的明暗紋恰好與楊由

17、于半波損失的存在，洛埃鏡的明暗紋恰好與楊氏雙縫相反。氏雙縫相反。 當(dāng)光從光疏媒質(zhì)射到光密媒質(zhì)并在界面上反射時(shí)，當(dāng)光從光疏媒質(zhì)射到光密媒質(zhì)并在界面上反射時(shí)，反射光有半波損失。反射光有半波損失。 計(jì)算光程差時(shí)，另加計(jì)算光程差時(shí)，另加(或或減減)/2；計(jì)算位相差時(shí)，另加；計(jì)算位相差時(shí)，另加(或減或減)。s * 2 明紋明紋2) 12 (k22k 暗紋暗紋,.)2 , 1 , 0( k2122三三. 光程和光程差光程和光程差 光的頻率v由光源確定。光速由媒質(zhì)確定。 真空中，光速: c=v 媒質(zhì)中，光速: =v n=c/ = /n 由此可見，光經(jīng)過(guò)不同媒質(zhì)時(shí)，波長(zhǎng)要發(fā)生變化。由此可見，光經(jīng)過(guò)不同媒質(zhì)時(shí)，

18、波長(zhǎng)要發(fā)生變化。這對(duì)討論光經(jīng)過(guò)幾種媒質(zhì)后的相關(guān)疊加問(wèn)題，是很不這對(duì)討論光經(jīng)過(guò)幾種媒質(zhì)后的相關(guān)疊加問(wèn)題，是很不方便的。為此引入光程的概念。方便的。為此引入光程的概念。)(21212rr 當(dāng)當(dāng)=2k, Imax=4I1 , 明紋明紋(加強(qiáng)加強(qiáng))=(2k+1), Imin=0 , 暗紋暗紋(減弱減弱)12-4 光程和光程差光程和光程差22231.光程光程 設(shè)經(jīng)時(shí)間設(shè)經(jīng)時(shí)間t，光在折射率為，光在折射率為n媒質(zhì)中經(jīng)過(guò)的幾何媒質(zhì)中經(jīng)過(guò)的幾何路程為路程為r，那么，那么nr稱為光程。稱為光程。 顯然，光程顯然，光程 nr=n t =c t 。 引入光程概念后，就能將光在媒質(zhì)中經(jīng)過(guò)的幾何引入光程概念后，就能將光

19、在媒質(zhì)中經(jīng)過(guò)的幾何路程折算為真空中的路程來(lái)研討。這就防止了波長(zhǎng)隨路程折算為真空中的路程來(lái)研討。這就防止了波長(zhǎng)隨媒量變化而帶來(lái)的困難。媒量變化而帶來(lái)的困難。 光程的物理意義光程的物理意義: 光程等于在一樣的時(shí)間內(nèi)光在光程等于在一樣的時(shí)間內(nèi)光在真空中經(jīng)過(guò)的路程。真空中經(jīng)過(guò)的路程。 n=c/ = /n 23242.光程差光程差兩束光光程之差兩束光光程之差 = =s2s1r2r1pn1 n2圖12-4s2S1p= r1s1pe1e2n1n2S2p= r2圖12-5n1r1- n2r2(r1-e1 +n1e1) - (r2-e2 +n2e2)2425 3.兩束光干涉的強(qiáng)弱取決于光程差，而不是幾兩束光干涉

20、的強(qiáng)弱取決于光程差，而不是幾何路程之差何路程之差s2s1r2r1pn1 n2 設(shè)相關(guān)光源設(shè)相關(guān)光源s1和和s2的初相一的初相一樣，到達(dá)樣，到達(dá)p點(diǎn)的干涉強(qiáng)弱取決點(diǎn)的干涉強(qiáng)弱取決于相差：于相差：221122rr )(22211rnrn n媒 2=2k , 明紋明紋(加強(qiáng)加強(qiáng))=(2k+1) , 暗紋暗紋(減弱減弱)即即 明紋明紋 )21(k k 暗紋暗紋 =,.)2 , 1 , 0( k真空中的波長(zhǎng)真空中的波長(zhǎng)光程差光程差2526即即 明紋明紋 )21(k k 暗紋暗紋 =,.)2 , 1 , 0( k即即 明紋明紋2) 12 ( k22k 暗紋暗紋 =,.)2 , 1 , 0( k對(duì)初相一樣的

21、兩相關(guān)光源對(duì)初相一樣的兩相關(guān)光源 , 研討點(diǎn)的光程差等于半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍研討點(diǎn)的光程差等于半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍,出現(xiàn)明條紋出現(xiàn)明條紋;研討點(diǎn)的光程差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍研討點(diǎn)的光程差等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,出現(xiàn)暗條紋出現(xiàn)暗條紋2627 4.薄透鏡不產(chǎn)生附加程差薄透鏡不產(chǎn)生附加程差從從S發(fā)出的光線發(fā)出的光線1、2到達(dá)到達(dá)S點(diǎn)光程相等。點(diǎn)光程相等。圖12-6s12s272812-5 薄膜干涉薄膜干涉 在陽(yáng)光照射下，肥皂膜或水面上的油膜上面呈現(xiàn)在陽(yáng)光照射下，肥皂膜或水面上的油膜上面呈現(xiàn)美麗的彩色圖案，這些都是常見的薄膜干涉景象。美麗的彩色圖案，這些都是常見的薄膜干涉景象。一一.薄膜干涉公式薄膜干涉公式 在反射光中

22、，在反射光中， ab兩兩束平行光線產(chǎn)生的光程差：束平行光線產(chǎn)生的光程差：DCnBCABn12反)(固 還須思索光在薄膜還須思索光在薄膜上下外表的反射有無(wú)半上下外表的反射有無(wú)半波損失。波損失。sBCDirA1a2aa1b2bbn3n2n1e圖12-7反射光反射光透射光透射光有一個(gè)半波損失有一個(gè)半波損失, 反中就要反中就要另加另加(或減或減)/2。2829 當(dāng)當(dāng)n2 n1=n3時(shí)時(shí),DCnBCABn12反)(固sBCDirA1a2aa1b2bbn3n2n1e圖12-7反射光反射光透射光透射光inne22122sin2反2) 12 (k暗紋(k=0,1,2)(12-6)222k明紋(k=1,2) 式

23、中：式中：n2 薄膜的折射薄膜的折射率；率；n1 入射媒質(zhì)的折射率。入射媒質(zhì)的折射率。i是入射角。是入射角。 反射光有一個(gè)半波損失，反射光有一個(gè)半波損失， 反中就反中就要另加要另加(或減或減)/2。inne22122sin2反固2930sBCDirA1a2aa1b2bbn3n2n1e圖12-7反射光反射光透射光透射光3 n1n2n3時(shí)時(shí), 討論討論:薄膜干涉中反射光的半波損失薄膜干涉中反射光的半波損失4 n1n2n3時(shí)時(shí), 1 n1n3時(shí)時(shí), 2 n1n2, n2 n2n3時(shí)時(shí), 或者或者n1n2n1=n3時(shí)時(shí),反射光有一個(gè)半波損失，反射光有一個(gè)半波損失， 反中反中就要另加就要另加(或減或減)

24、/2。 由此可見，在反射光由此可見，在反射光中察看和在透射光中察看，中察看和在透射光中察看，光程差總是相差光程差總是相差/2。這。這就意味著反射光和透射光就意味著反射光和透射光的明暗條紋恰好相反。這的明暗條紋恰好相反。這叫條紋互補(bǔ)。這是能量守叫條紋互補(bǔ)。這是能量守恒的必然結(jié)果。恒的必然結(jié)果。sBCDirA1a2aa1b2bbn3n2n1e圖12-7反射光反射光透射光透射光 而當(dāng)而當(dāng)n1n2n3時(shí)時(shí), 反射光沒(méi)有半波損失，總的光反射光沒(méi)有半波損失，總的光程差就是程差就是反固。反固。透射光沒(méi)有半波損失。透射光沒(méi)有半波損失。透射光有半波損失。透射光有半波損失。3233 例題例題12-3 一平板玻璃一

25、平板玻璃(n=1.50)上有一層透明油膜上有一層透明油膜(n=1.25)，要使波長(zhǎng)，要使波長(zhǎng)=6000的光垂直入射無(wú)反射，的光垂直入射無(wú)反射，薄膜的最小膜厚薄膜的最小膜厚e=? 解解 凡是求解薄膜問(wèn)題應(yīng)先求出兩反射光線的光凡是求解薄膜問(wèn)題應(yīng)先求出兩反射光線的光程差。程差。對(duì)垂直入射，對(duì)垂直入射，i =0，于是，于是inne22122sin2 反反 + 半半 =)2, 0(2en2無(wú)反射意味著反射光出現(xiàn)暗紋，所以無(wú)反射意味著反射光出現(xiàn)暗紋，所以 )21(22反kenn2=1.25(薄膜的折射率薄膜的折射率);要要e最小，最小，k =0(k=0,1,2,)24ne =1200=1.210-7m1.

26、50e1.253334 例題例題12-4 陽(yáng)光垂直照射在空氣中的肥皂膜上，陽(yáng)光垂直照射在空氣中的肥皂膜上，膜厚膜厚e=3800, 折射率折射率n2=1.33 ，問(wèn)：肥皂膜的正面和，問(wèn)：肥皂膜的正面和反面各呈什么顏色？反面各呈什么顏色？ 解解 正面反射加強(qiáng)，有正面反射加強(qiáng)，有2反2en 2 k2122 ken76001.3321k=在可見光范圍內(nèi)在可見光范圍內(nèi)(77003900)的解為的解為 k=1, k=2, =6739 紅色紅色 k=3, =4043 紫色紫色 k=4,.3435反面透射加強(qiáng)反面透射加強(qiáng)=反射減弱，于是有反射減弱，于是有 )21(222反kenken22 在可見光范圍內(nèi)在可見

27、光范圍內(nèi)(77003900)的解為的解為 k=1, k=2, =5054 綠色綠色 k=3, .76001.33k=3536 例題例題12-5 光線以光線以i =30入射到折射率入射到折射率n2=1.25的的空氣中的薄膜上。當(dāng)波長(zhǎng)空氣中的薄膜上。當(dāng)波長(zhǎng)1=6400時(shí)，反射最大；時(shí)，反射最大；而當(dāng)波長(zhǎng)而當(dāng)波長(zhǎng)2=4000時(shí)，反射最小。求薄膜的最小厚時(shí)，反射最小。求薄膜的最小厚度。度。 解解 由于是空氣中的薄膜，一定有半波損失，故由于是空氣中的薄膜，一定有半波損失，故24125122 .einne22122sin2 反 +半半 =,11 k,.2 , 11 k241251212 .e用用1時(shí)，時(shí)，

28、,)21(22 k,.2 , 1 , 02 k241251222 .e用用2時(shí)，時(shí)，由上面兩式得由上面兩式得: 2211)21( kk 363722222502512.kemin = 6983于是得于是得要膜厚最小，要膜厚最小， 取取k1=3，k2=44(2k1-1)=5k2 11 k 241251212 .e2221 )k( 241251222 .e2211)21( kk 1=6400 2=40003738二二.增透膜與高反射膜增透膜與高反射膜 為了減少反射引起的光能損失，常在許多光學(xué)儀為了減少反射引起的光能損失，常在許多光學(xué)儀器器(如照相機(jī)、攝像機(jī)等如照相機(jī)、攝像機(jī)等)的鏡頭上鍍一層厚度均

29、勻的的鏡頭上鍍一層厚度均勻的透明薄膜透明薄膜(常用氟化鎂常用氟化鎂MgF2, n=1.38),用以添加透射，用以添加透射，這個(gè)薄膜這個(gè)薄膜,就是增透膜。就是增透膜。1.50e1.38en2反 43 ne5500這是這是5500的黃綠光透射加強(qiáng)。的黃綠光透射加強(qiáng)。 反射光加強(qiáng)的條件是反射光加強(qiáng)的條件是 ken2反鍍膜時(shí)常采用光學(xué)厚度：鍍膜時(shí)常采用光學(xué)厚度：只需只需k=2, =4100 紫色。紫色。 在陽(yáng)光下察看照相機(jī)鏡頭呈現(xiàn)紫色就是這個(gè)道理。在陽(yáng)光下察看照相機(jī)鏡頭呈現(xiàn)紫色就是這個(gè)道理。埃2550033839 與增透膜相反與增透膜相反,在另一些光學(xué)系統(tǒng)中希望光學(xué)外表在另一些光學(xué)系統(tǒng)中希望光學(xué)外表具

30、有很高的反射率具有很高的反射率(如如HeNe激光器要求反射激光器要求反射99%)，這時(shí)可在元件外表多層鍍膜以加強(qiáng)反射這時(shí)可在元件外表多層鍍膜以加強(qiáng)反射,這類薄膜稱為這類薄膜稱為增反膜或高反射膜。增反膜或高反射膜。1317層MgF2 (1.38)1.50ZnS (2.35)圖12-8MgF2 (1.38)ZnS (2.35)MgF2 (1.38)鍍膜時(shí)鍍膜時(shí), 要適中選擇每層膜的厚度要適中選擇每層膜的厚度, 使反射加強(qiáng)。使反射加強(qiáng)。3940一一.劈尖干涉劈尖干涉22nek 2當(dāng)光線垂直入射時(shí)，在反射光中察看，有當(dāng)光線垂直入射時(shí)，在反射光中察看，有式中式中n2為空氣膜的折射率。為空氣膜的折射率。

31、1.入射光波長(zhǎng)入射光波長(zhǎng)一定一定時(shí)，一條條紋時(shí)，一條條紋(一個(gè)一個(gè)k)，對(duì)，對(duì)應(yīng)應(yīng) 一個(gè)厚度，故稱為等厚一個(gè)厚度，故稱為等厚干涉。干涉。 薄膜的等厚干涉薄膜的等厚干涉 劈尖劈尖由兩塊平板玻璃組成的薄膜。由兩塊平板玻璃組成的薄膜。 明紋明紋 )21(k k 暗紋暗紋(k=1,2)(k=0，1,2) 級(jí)次愈高級(jí)次愈高(k愈大愈大),對(duì)對(duì)應(yīng)的膜厚愈大。應(yīng)的膜厚愈大。圖12-9en24041 3.恣意兩相鄰亮紋恣意兩相鄰亮紋(或或暗紋暗紋)所對(duì)應(yīng)的空氣膜厚度所對(duì)應(yīng)的空氣膜厚度差為差為 2.干涉條紋是明暗相間的平行直線條紋。此時(shí)疊干涉條紋是明暗相間的平行直線條紋。此時(shí)疊合處為一暗紋。合處為一暗紋。212

32、neeekk (12-7)明紋明紋暗紋暗紋ekek+1le圖12-10 knek222 )1(2221knek4142 4.設(shè)相鄰兩亮紋設(shè)相鄰兩亮紋(或暗或暗紋紋)間的間隔為間的間隔為l，那么有，那么有l(wèi) sin =e明紋明紋暗紋暗紋ekek+1le圖12-10(12-8)l sin =22n 即即22n 212neeekk (12-7)4243 例題例題12-6 制造半導(dǎo)體元件時(shí)制造半導(dǎo)體元件時(shí),經(jīng)常需求準(zhǔn)確地丈經(jīng)常需求準(zhǔn)確地丈量硅片上的二氧化硅量硅片上的二氧化硅(SiO2)薄膜的厚度薄膜的厚度,這時(shí)可用化學(xué)這時(shí)可用化學(xué)方法把二氧化硅薄膜一部分腐蝕掉方法把二氧化硅薄膜一部分腐蝕掉,使它成為劈

33、尖狀使它成為劈尖狀(見圖見圖12-11)。知。知SiO2和和Si的折射率分別為的折射率分別為n2=1.57和和n3=3.42,所用波長(zhǎng)為所用波長(zhǎng)為=6000，察看到劈尖上共出現(xiàn)，察看到劈尖上共出現(xiàn)8條暗紋條暗紋,且第八條暗紋恰好出如今斜面的最高點(diǎn)。求且第八條暗紋恰好出如今斜面的最高點(diǎn)。求SiO2薄膜的厚度。薄膜的厚度。解解 由薄膜公式，得：由薄膜公式，得：2反2en )21(kk=0,1,2,.此時(shí)尖頂處是亮紋還是暗紋？此時(shí)尖頂處是亮紋還是暗紋？取取k=7,得得mmne321042. 125 . 7 圖圖12-11SiO2e1.573.42Si4344 例題例題12-7 在檢測(cè)某工件外表平整度

34、時(shí)在檢測(cè)某工件外表平整度時(shí),在工件上在工件上放一規(guī)范平面玻璃放一規(guī)范平面玻璃,使其間構(gòu)成一空氣劈尖，并察看使其間構(gòu)成一空氣劈尖，并察看到彎曲的干涉條紋，如圖到彎曲的干涉條紋，如圖12-12所示。試根據(jù)條紋彎所示。試根據(jù)條紋彎曲方向曲方向,判別工件外表上紋路是凹還是凸判別工件外表上紋路是凹還是凸?并求紋路深并求紋路深度度H。解解 假設(shè)工件外表是平的假設(shè)工件外表是平的,等厚條等厚條紋應(yīng)為平行于棱邊的直線條紋。紋應(yīng)為平行于棱邊的直線條紋。由于一條條紋對(duì)應(yīng)由于一條條紋對(duì)應(yīng) 一個(gè)厚度，一個(gè)厚度，由圖由圖20-12的紋路彎曲情況可知，的紋路彎曲情況可知，工件外表的紋路是凹下去的。工件外表的紋路是凹下去的。

35、 H2 laHla圖12-12工件工件規(guī)范平面規(guī)范平面 由圖：由圖：H=asin 因因 ：lsin = /2,所以紋路深度所以紋路深度4445 例題例題12-8 波長(zhǎng)波長(zhǎng)的光垂直入射折射率為的光垂直入射折射率為n2的劈的劈尖薄膜，尖薄膜，n1 n2 ,n2 n3 ,如圖如圖12-13所示所示 。在反射光。在反射光中察看，從尖頂算起，第二條明紋對(duì)應(yīng)的薄厚是多少？中察看，從尖頂算起，第二條明紋對(duì)應(yīng)的薄厚是多少？解解 由薄膜公式，有由薄膜公式，有n3n2n1圖12-13 2反2en 2 k,.2 , 1 k顯然，取顯然，取k=2; 于是第二條明紋對(duì)應(yīng)的薄厚為于是第二條明紋對(duì)應(yīng)的薄厚為243ne 45

36、46二二.牛牛 頓頓 環(huán)環(huán) 在一塊平玻璃在一塊平玻璃B上放一曲率半上放一曲率半徑徑R很大的平凸透鏡很大的平凸透鏡A,在在A、B之之間構(gòu)成一層很薄的劈形空氣層間構(gòu)成一層很薄的劈形空氣層薄膜。薄膜。 設(shè)平行光垂直入射空氣薄膜設(shè)平行光垂直入射空氣薄膜, 在在反射光中察看到一組以接觸點(diǎn)反射光中察看到一組以接觸點(diǎn)o為為中心的同心圓環(huán)中心的同心圓環(huán)(見圖見圖12-14),故稱故稱為牛頓環(huán)。為牛頓環(huán)。2反2en 2 明環(huán)明環(huán) 暗環(huán)暗環(huán)(k=1,2)(k=0，1,2.) )21(k k=式中式中n2為空氣膜的折射率。為空氣膜的折射率。oABR圖12-14er4647 因因R2=r2+(R-e)2=r2+R2-

37、2Re+e2 由于由于Re,上式中上式中e2可略去可略去,因此得因此得Rre22 oABR圖12-14er2反2en 2 明環(huán)明環(huán) 暗環(huán)暗環(huán)(k=1,2)(k=0，1,2.) )21(k k=(12-9)(k=1,2)(k=0,1,2)明環(huán)半徑：明環(huán)半徑：2)21(nRkrk 暗環(huán)半徑：暗環(huán)半徑：2nkRrk 4748 例題例題12-9 將牛頓環(huán)由空氣移入一透明液體中，將牛頓環(huán)由空氣移入一透明液體中，發(fā)現(xiàn)第發(fā)現(xiàn)第8明環(huán)半徑由明環(huán)半徑由1.40cm變?yōu)樽優(yōu)?.21cm，求該液體的，求該液體的折射率。折射率。解解 由牛頓環(huán)的明環(huán)公式，得由牛頓環(huán)的明環(huán)公式，得空氣中：空氣中： Rr)218(8 nR

38、r )218(8 液液液體中：液體中：33. 12828 液液rrn4849 例題例題12-10 平板玻璃和平凸透鏡構(gòu)成牛頓環(huán)平板玻璃和平凸透鏡構(gòu)成牛頓環(huán),全部全部浸入浸入n2=1.60的液體中的液體中,凸透鏡可向上凸透鏡可向上 挪動(dòng)挪動(dòng), 如下圖。如下圖。用波長(zhǎng)用波長(zhǎng)=500nm的單色光垂直入射。從上往下察看，的單色光垂直入射。從上往下察看，看到中心是一個(gè)暗斑，求凸透鏡頂點(diǎn)距平板玻璃的間看到中心是一個(gè)暗斑，求凸透鏡頂點(diǎn)距平板玻璃的間隔是多少。隔是多少。解解 2反2en n2=1.60n=1.68n=1.58 )21(k(k=0,1,2)中心處中心處: e=eo, k=0eoe24neo 凸透

39、鏡頂點(diǎn)距平板玻璃凸透鏡頂點(diǎn)距平板玻璃的間隔的間隔:=78.1nm4950 M1和和M2是兩塊平面反射鏡是兩塊平面反射鏡,其中其中M2是固定的是固定的,M1可作微小挪動(dòng)?？勺魑⑿∨矂?dòng)。G1有一半透明的薄銀層有一半透明的薄銀層,起分光作用。起分光作用。G2起補(bǔ)償作用。起補(bǔ)償作用。M1是是M1對(duì)對(duì)G1構(gòu)成的虛像。構(gòu)成的虛像。M2和和M1間構(gòu)成一空氣薄膜。間構(gòu)成一空氣薄膜。 當(dāng)當(dāng)M1、M2嚴(yán)厲垂直嚴(yán)厲垂直時(shí)時(shí),M1和和M2之間構(gòu)成等之間構(gòu)成等厚空氣膜厚空氣膜,可察看到等傾可察看到等傾條紋的圓形條紋條紋的圓形條紋;當(dāng)當(dāng)M1、M2不嚴(yán)厲垂直時(shí)不嚴(yán)厲垂直時(shí),M1和和M2之間構(gòu)成空氣劈尖之間構(gòu)成空氣劈尖,這這

40、時(shí)可察看到等厚干涉的時(shí)可察看到等厚干涉的直線條紋。直線條紋。21s1MG1G2圖12-16M1M212-6 邁克耳遜干涉儀邁克耳遜干涉儀 時(shí)間相關(guān)性時(shí)間相關(guān)性一一.邁克耳遜干涉儀邁克耳遜干涉儀50512 Nd(12-10) 邁克耳遜干涉儀有邁克耳遜干涉儀有著廣泛的用途著廣泛的用途,如精細(xì)如精細(xì)丈量長(zhǎng)度、測(cè)媒質(zhì)的折丈量長(zhǎng)度、測(cè)媒質(zhì)的折射率、檢查光學(xué)元件的射率、檢查光學(xué)元件的質(zhì)量和測(cè)定光譜精細(xì)構(gòu)質(zhì)量和測(cè)定光譜精細(xì)構(gòu)造等。造等。 每當(dāng)每當(dāng)M1挪動(dòng)挪動(dòng)/2 ,光線光線1、2的光程差就改動(dòng)一個(gè)的光程差就改動(dòng)一個(gè)，視場(chǎng)中就會(huì)看見一條條紋移過(guò)。，視場(chǎng)中就會(huì)看見一條條紋移過(guò)。2 假設(shè)看見假設(shè)看見N條條條條紋移

41、過(guò)，那么反射鏡紋移過(guò)，那么反射鏡M1挪動(dòng)的間隔是挪動(dòng)的間隔是21s1MG1G2圖12-16M1M25152 例題例題12-11 把厚度為把厚度為e、折射率為、折射率為n=1.40的透明薄的透明薄膜插入邁克耳遜干涉儀的一臂膜插入邁克耳遜干涉儀的一臂(一條光路一條光路)中，中，(1)求光求光線線1、2光程差和位相差的改動(dòng)量；光程差和位相差的改動(dòng)量；(2)假設(shè)插入薄膜的假設(shè)插入薄膜的過(guò)程中，察看到過(guò)程中，察看到7條條紋移過(guò)，所用波長(zhǎng)條條紋移過(guò)，所用波長(zhǎng)=5890，求薄膜的厚度求薄膜的厚度e=?解解 (1) =2(n-1)e ;(2) 能否用下式求解：能否用下式求解： en)1(422 Nd= 515

42、38)1(27 ne 應(yīng)由應(yīng)由: =2(n-1)e=7 , 得：得：21s1MG1G2圖12-16M1M2e n5253*二二.時(shí)間相關(guān)性時(shí)間相關(guān)性 前面講到，由于原子發(fā)光的間歇性和隨機(jī)性，不同原子發(fā)出的光是不相關(guān)的，同一個(gè)原子不同時(shí)辰發(fā)出的光也是不相關(guān)的。要得到相關(guān)光，只需將一個(gè)原子一次發(fā)出的光(一個(gè)波列)分為兩束再使其相聚。 顯然，要產(chǎn)生相關(guān)，兩束光的光程差就必需小顯然，要產(chǎn)生相關(guān)，兩束光的光程差就必需小于一個(gè)波列長(zhǎng)度：于一個(gè)波列長(zhǎng)度： 波列長(zhǎng)波列長(zhǎng)x = cx = c t t2 x x相關(guān)長(zhǎng)度相關(guān)長(zhǎng)度5354 問(wèn)：為什么窗玻璃在陽(yáng)光下看不見干涉條紋？問(wèn)：為什么窗玻璃在陽(yáng)光下看不見干涉條紋

43、？ =(7900-3900)，=6000 算得相關(guān)長(zhǎng)度：算得相關(guān)長(zhǎng)度： x =910-7m= 910-4mm 顯然，光線在窗玻璃上下反射后的光程差已遠(yuǎn)超顯然，光線在窗玻璃上下反射后的光程差已遠(yuǎn)超越上述數(shù)值，故看不見干涉條紋。越上述數(shù)值，故看不見干涉條紋。 HeNe激光：激光： =6328， =10-7 相關(guān)長(zhǎng)度：相關(guān)長(zhǎng)度： x =40km 可見，激光的相關(guān)性很好?？梢?，激光的相關(guān)性很好。 2 x*20-6 偏振光的干涉和運(yùn)用偏振光的干涉和運(yùn)用 (自學(xué)自學(xué))5455sBCDirA1a2aa1b2bbn3n2n1e圖12-7反射光反射光透射光透射光DCnBCABn12反)(固reBCABcosiA

44、CDCsinetgrAC 2rninsinsin21inne22122sin2反固5556 明紋明紋2) 12 ( k22k 暗紋暗紋,.)2 , 1 , 0( kLdx一、一、 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉光的干涉小結(jié)光的干涉小結(jié):二、薄膜干涉二、薄膜干涉inne22122sin2 反反 + 半半 = )21(kk 暗紋暗紋(k=0,1,2)反射光反射光)2, 0( 明紋明紋5657(12-8)l sin =22n 即即2反2en 2 明環(huán)明環(huán) 暗環(huán)暗環(huán)(k=1,2)(k=0，1,2.) )21(k k=2 Nd(12-10)三、劈尖干涉三、劈尖干涉四四.牛牛 頓頓 環(huán)環(huán)五五.邁克耳遜干涉儀邁克

45、耳遜干涉儀575812-7 光的衍射景象光的衍射景象 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理 光在傳播途徑中遇到妨礙物時(shí)光在傳播途徑中遇到妨礙物時(shí),能繞過(guò)妨礙物邊能繞過(guò)妨礙物邊緣而進(jìn)入幾何陰影傳播緣而進(jìn)入幾何陰影傳播,并且產(chǎn)生強(qiáng)弱不均的光強(qiáng)分并且產(chǎn)生強(qiáng)弱不均的光強(qiáng)分布，這種景象稱為光的衍射。布，這種景象稱為光的衍射。一一.光的衍射景象光的衍射景象L衍射屏衍射屏察看屏察看屏L 圖12-18*S 103 103 a a*S 衍射屏衍射屏察看屏察看屏a圖12-17L5859二二.惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理 惠更斯原理：媒質(zhì)中波所傳到的各點(diǎn)都可看作是惠更斯原理：媒質(zhì)中波所傳到的各點(diǎn)都可看作是發(fā)射子

46、波的波源發(fā)射子波的波源,其后任一時(shí)辰其后任一時(shí)辰,這些子波的包跡就決這些子波的包跡就決議新的波陣面。議新的波陣面。P點(diǎn)的合振動(dòng)：點(diǎn)的合振動(dòng)：P點(diǎn)的合成光強(qiáng)：點(diǎn)的合成光強(qiáng)：I = E2Q設(shè)初相為零設(shè)初相為零圖12-19S(S(波前波前) )dSa anpdE(p)菲涅耳指出菲涅耳指出:波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波在空間相遇波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波在空間相遇時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉。時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉?！白硬ㄏ嚓P(guān)疊加子波相關(guān)疊加這就是惠更斯這就是惠更斯-菲菲涅耳原理。涅耳原理。dSrtrKCdEa2cos)(SdEEdSrtrKCSa2cos)(5960 衍射的分類衍射的分類光源光源妨礙物妨礙物察看屏察看屏有限遠(yuǎn)有限遠(yuǎn)無(wú)限

47、遠(yuǎn)無(wú)限遠(yuǎn)有限遠(yuǎn)有限遠(yuǎn)無(wú)限遠(yuǎn)無(wú)限遠(yuǎn)有限遠(yuǎn)有限遠(yuǎn)有限遠(yuǎn)有限遠(yuǎn)菲涅耳衍射：菲涅耳衍射：無(wú)限遠(yuǎn)無(wú)限遠(yuǎn)無(wú)限遠(yuǎn)無(wú)限遠(yuǎn)夫瑯和費(fèi)衍射：夫瑯和費(fèi)衍射：察察看看屏屏圖12-20*S6061一一. 單縫的夫瑯和費(fèi)衍射單縫的夫瑯和費(fèi)衍射 平行平行于主軸的光線都會(huì)聚于于主軸的光線都會(huì)聚于o點(diǎn)點(diǎn),且沒(méi)有光程差，故它們相且沒(méi)有光程差，故它們相互關(guān)涉加強(qiáng)互關(guān)涉加強(qiáng),在在o點(diǎn)處構(gòu)成一平行于縫的明條紋點(diǎn)處構(gòu)成一平行于縫的明條紋,稱為中稱為中央明紋。央明紋。 對(duì)衍射角對(duì)衍射角 ，兩邊緣光線，兩邊緣光線A、B的光程差是的光程差是f圖12-21opAbB*S設(shè)平行單色光垂直入射。設(shè)平行單色光垂直入射。C當(dāng)衍射角當(dāng)衍射角 =0時(shí)，時(shí)，

48、=BC=bsin A點(diǎn)為什么點(diǎn)為什么有兩條光有兩條光線？線？12-8單縫的夫瑯和費(fèi)衍射單縫的夫瑯和費(fèi)衍射6162菲涅耳半波帶法菲涅耳半波帶法2 相鄰波帶上對(duì)應(yīng)點(diǎn)發(fā)出的平行相鄰波帶上對(duì)應(yīng)點(diǎn)發(fā)出的平行光線會(huì)聚時(shí)的光程差都是光線會(huì)聚時(shí)的光程差都是/2，因此，因此總是相關(guān)相消。由此得出結(jié)論：總是相關(guān)相消。由此得出結(jié)論： 兩個(gè)相鄰波帶所發(fā)出的光線會(huì)兩個(gè)相鄰波帶所發(fā)出的光線會(huì)聚于屏幕上時(shí)全部相關(guān)相消。聚于屏幕上時(shí)全部相關(guān)相消。 假設(shè)單縫被分成偶數(shù)個(gè)波帶，相鄰波帶成對(duì)相關(guān)假設(shè)單縫被分成偶數(shù)個(gè)波帶，相鄰波帶成對(duì)相關(guān)相消，結(jié)果是單縫上發(fā)出的光線全部相關(guān)相消，屏幕相消，結(jié)果是單縫上發(fā)出的光線全部相關(guān)相消，屏幕上對(duì)

49、應(yīng)點(diǎn)出現(xiàn)暗紋。上對(duì)應(yīng)點(diǎn)出現(xiàn)暗紋。 這樣，這樣，BC是是/2的幾倍，的幾倍，單縫相應(yīng)就被分成等寬的幾個(gè)窄帶單縫相應(yīng)就被分成等寬的幾個(gè)窄帶,這這 個(gè)窄帶稱為菲涅耳半波帶。個(gè)窄帶稱為菲涅耳半波帶。22ABbC 作一系列相距作一系列相距/2且垂直于且垂直于BC的平面的平面,假設(shè)單縫被分成奇數(shù)個(gè)波帶，相鄰波帶相關(guān)相消的結(jié)假設(shè)單縫被分成奇數(shù)個(gè)波帶，相鄰波帶相關(guān)相消的結(jié)果，還剩下一個(gè)波帶的作用，于是屏幕上對(duì)應(yīng)點(diǎn)出現(xiàn)果，還剩下一個(gè)波帶的作用，于是屏幕上對(duì)應(yīng)點(diǎn)出現(xiàn)亮紋。亮紋。 是變量嗎是變量嗎?tgf/x6263 綜上所述，單縫衍射明暗紋的中心位置是綜上所述，單縫衍射明暗紋的中心位置是:22sin kb2) 1

50、2(sin kb0 暗紋暗紋 (k=1,2,3,) 亮紋亮紋 (k=1,2,3,) (12-11)零級(jí)零級(jí)(中央中央)亮紋亮紋 直線條紋直線條紋波帶數(shù)波帶數(shù)留意：留意：1.k=1.2.明暗明暗3. .4.波帶數(shù)波帶數(shù)f圖12-22opAbB*SC6364 中央明紋又亮又寬中央明紋又亮又寬(約為其它明紋寬度的約為其它明紋寬度的2 倍倍)。1.光強(qiáng)分布光強(qiáng)分布 sin相對(duì)光強(qiáng)曲線相對(duì)光強(qiáng)曲線1.00.0470.0170.0470.017obb2b2b圖12-23暗紋,sinkb 這是由于這是由于k越大越大,分成的波帶數(shù)越多分成的波帶數(shù)越多,而未被抵消的而未被抵消的波帶面積越小的緣故。波帶面積越小的

51、緣故。中央兩旁，明紋的亮度隨著級(jí)次的增大迅速減小。中央兩旁，明紋的亮度隨著級(jí)次的增大迅速減小。64652.中央亮紋寬度中央亮紋寬度 中央亮紋范圍：中央兩中央亮紋范圍：中央兩旁兩個(gè)第一級(jí)暗紋間的旁兩個(gè)第一級(jí)暗紋間的區(qū)域，即區(qū)域，即 b 中央亮紋的線寬度：中央亮紋的線寬度：bfx 2(12-12) x單縫單縫透鏡透鏡觀測(cè)屏觀測(cè)屏 fb圖12-24- bsin n2或或n1n2才會(huì)發(fā)生全反射。才會(huì)發(fā)生全反射。99100 例題例題12-21 畫出以下圖中的反射光和折射光。畫出以下圖中的反射光和折射光。圖12-46n1n2(a)in1n2(b)ioion1n2(c)in1n2(d)io100101 例題

52、例題12-22 填空：填空： (1)平行光以平行光以60o的入射角由空氣射向一平板玻璃，的入射角由空氣射向一平板玻璃， 發(fā)現(xiàn)反射光是完全偏振光發(fā)現(xiàn)反射光是完全偏振光,那么折射光的折射角為那么折射光的折射角為 玻璃的折射率為玻璃的折射率為 。 (2) 某透明媒質(zhì)對(duì)空氣全反射的臨介角為某透明媒質(zhì)對(duì)空氣全反射的臨介角為45o , 那那么光從空氣射向該媒質(zhì)時(shí)的布儒斯特角為么光從空氣射向該媒質(zhì)時(shí)的布儒斯特角為 。因因 io+r =90o，所以折射角，所以折射角r =30o。又又玻nnntg1236030o73.13 ,12145sin12媒nnn212媒nnntgio所以所以io =tg-17 .542

53、 54.7o10110212-15 光在晶體中的雙折射光在晶體中的雙折射 同時(shí)還存在另一類媒質(zhì)同時(shí)還存在另一類媒質(zhì),主要是透明晶體物質(zhì)主要是透明晶體物質(zhì),如方如方解石解石(化學(xué)成分是化學(xué)成分是CaCO3)、石英、云母、硫磺等、石英、云母、硫磺等,光在光在其中傳播時(shí)其中傳播時(shí),沿著不同方向有不同的傳播速率沿著不同方向有不同的傳播速率,這樣的這樣的媒質(zhì)稱為光學(xué)各向異性媒質(zhì)。媒質(zhì)稱為光學(xué)各向異性媒質(zhì)。 有些透明媒質(zhì)有些透明媒質(zhì),如玻璃、水、肥皂液等如玻璃、水、肥皂液等,不論光沿不論光沿哪個(gè)方向哪個(gè)方向,傳播速度都是一樣的傳播速度都是一樣的,媒質(zhì)只需一個(gè)折射媒質(zhì)只需一個(gè)折射率率,這樣的媒質(zhì)稱為光學(xué)各向同性媒質(zhì)。這樣的媒質(zhì)稱為光學(xué)各向同性媒質(zhì)。1.雙折射景象雙折射景象 光線進(jìn)入光學(xué)各向異性媒質(zhì)光線進(jìn)入光學(xué)各向異性媒質(zhì)(如方解石如方解石)后產(chǎn)生兩條后產(chǎn)生兩條折射光線的景象，稱為雙折射景象。折射光線的景象，稱為雙折射景象。光在晶體中的雙折射景象就是光