大學(xué)物理課件：第8章 光學(xué)-01

1、Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)第 八 章波 動 光 學(xué)Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)光我們并不陌生Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)光學(xué)的研究內(nèi)容幾何光學(xué)： 以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)研究反射、折射、散射及研究各種光學(xué)儀器的理論。波動光學(xué)： 以光的波動性為基礎(chǔ)研究光的傳播規(guī)律，特別是光的干涉、衍射及偏振的規(guī)律。

2、量子光學(xué)： 以光的粒子性及近代量子理論為基礎(chǔ)研究光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律。Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)8-1 相干光 光 程普通光源的發(fā)光機制1相干光的產(chǎn)生2光在介質(zhì)中傳播的規(guī)律3光程的概念4本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)一、 光 源（發(fā)射光波的物體稱為光源）引起視覺和感光材料感光的是E 熱致發(fā)光 電致發(fā)光 光致發(fā)光 化學(xué)發(fā)光4000紫7600紅m10o10)(A1挨Beiji

3、ng Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)相干光二、光的特性光是頻率介于某一范圍之內(nèi)的電磁波。光在真空中的傳播速度是一恒量：smc/ 1038ncu n光在介質(zhì)中的速度 u，介質(zhì)折射率 n，介質(zhì)中的波長為 ，真空中的波長為 ，則：具有波動的一般特征，波的重要特征是產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件頻率相等振動方向相同位相差恒定Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)薄膜干涉1.頻率相同； 2.振動方向相同； 3.恒定的相位差。振幅分割

4、法波陣面分割法三、產(chǎn)生相干光的方法（相干光的獲得）SP使方向相同的一束光入射到兩介質(zhì)交界面一部分反射，一部分透射，這兩部分光是相干光從同一波振面分出的兩部分光楊氏干涉SS1S2Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)四、光程、光程差光程：媒質(zhì)折射率 n 與光的幾何路程 r 之積rnnrL 321 rrr21 nn32211rnrrnLniiirnL1nirrrr 21ni n n nn2112rnr 光程差或 者：21nrr 1sP1r2s2rnBeijing Information Science &am

5、p; Technology University 第八章 波動光學(xué)五、相位差與光程差之間的關(guān)系相位差 )(2)(221rTtrTt)(212rr)(212rnr n12rnr光程差2)(2cos1101rTtEE)(2cos2202rTtEE1sP1r2s2rnBeijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)2 相位差與光程差的關(guān)系：cosEEEEE20102022102明條紋干涉加強, 2 , 1 , 0,kk, 2 , 1 , 0 2k,k暗條紋干涉減弱, 2 , 1 , 0,2) 12(kk, 2 , 1 ,

6、 0 ,) 12(kk討論討論Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)真空中波長為 l 的單色光,在折射率為 n 的透明介質(zhì)中從 A 沿某路徑傳播到 B ,若 A、B 兩點相位差為 3，則此路徑 AB的光程為( A ) 1.5( B ) 1.5 n( C ) 3 ( D ) 1.5 /n2例題例題Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)BAAB六、透鏡不引起附加的光程差 （物 象之間等光程原理）焦平面焦平面SSS物點 、

7、象點 間所有光線的光程相等SSAB波面上各點到象點 的光線的光程相等S焦平面焦平面ABS非焦點S焦點S焦點即：透鏡不引起附加的光程差。SS Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)8-2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉實驗1楊氏雙縫干涉分析和討論2本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)英國物理學(xué)家光的波動學(xué)說奠基人 楊氏在1801年首先用實驗的方法研究了光的干涉現(xiàn)象，為光的波動理論確定了實驗基礎(chǔ)。托馬

8、斯托馬斯 楊楊(1773-1829)Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)SS1S2干涉條紋一、楊氏雙縫干涉實驗中相干光的獲得（波陣面分割法）1. 波的相干條件 2. 回顧惠更斯原理頻率相同；振動方向相同；恒定的相位差。Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)一、楊氏雙縫干涉實驗分析r)x1r

9、2rP1s2ssoodd22rr-r12?rdd dxdsin12drrr光程差sintgdxdd Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)dxdr2r, 2 , 1 , 0,) 12(kk二、加強、減弱條件 , 2 , 1 , 0 ,2kkdxdr 加強條件減弱條件 , 2 , 1 , 0 ,kk, 2 , 1 , 0,2) 12(kk加 強減 弱三、明條紋、暗條紋位置x, 2 , 1 , 0,2) 12(kkdd , 2 , 1 , 0 ,kkdd明條紋暗條紋oxBeijing Information

10、Science & Technology University 第八章 波動光學(xué) , 2 , 1 , 0 ,kkddxk中央明條紋（一）明條紋的位置0k00 x1k 1ddx第一級明紋中心的位置ox的其它取值，依次類推k中央明條紋中央明條紋第一級明紋第一級明紋（兩個值）（一個值）討論討論Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)（二）暗條紋的位置 , 2 , 1 , 0 ,2) 12(kkddxk的其它取值，依次類推k0k第零級暗條紋的中心20ddx對稱分布在中央明條紋兩側(cè)kx始終有正負兩個取值ox中

11、央明條紋中央明條紋第零級暗紋第零級暗紋討論討論Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)（三）條紋的間距和寬度（1）相鄰明紋間距（2）相鄰暗紋間距kddxk2) 12(kddxkkkxxx1ddkkxxx1dd 結(jié)論：相鄰明紋（暗紋）間距相同x明紋間距 = 暗紋寬度暗紋間距 = 明紋寬度討論討論暗紋間距明紋間距Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)（四）條紋間距的變化ddx三個參數(shù)發(fā)生變化，(明暗)條紋的間距如何變化？問

12、 題：條紋間距 只與 和 有關(guān) xdd 、討論討論（1） 一定時，條紋間距 與 的關(guān)系如何？dx d、（2） 一定時，條紋間距 與 的關(guān)系如何？ dd、x（3） 一定時，條紋間距 與 的關(guān)系如何？dxd、Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)（1） 一定時，條紋間距 與 的關(guān)系如何？dx d、Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)（2） 一定時，條紋間距 與 的關(guān)系如何？ dd、x40007600Beijing In

13、formation Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)P)二、衍射光柵的示意圖foBeijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué) n水水 n空氣空氣實驗裝置放入水中后條紋間距變小將雙縫干涉裝置由空氣中放入水中時，屏上的干涉條紋間距有何變化？空氣水xxn介質(zhì)中的波長ddxnddx答：討論討論Beijing Information Sci

14、ence & Technology University 第八章 波動光學(xué)(A) 傳播的路程相等，走過的光程相等 (B) 傳播的路程相等，走過的光程不相等 (C) 傳播的路程不相等，走過的光程相等 (D) 傳播的路程不相等，走過的光程不相等在相同的時間內(nèi)，一束波長為 的單色光在空氣中和在玻璃中真空：ctL 介質(zhì)：ctntncnutL)()(光在介質(zhì)中傳播的距離討論討論Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)如圖，S1、S2是兩個相干光源，它們到P點的距離分別為r1和r2。路徑S1P垂直穿過一塊厚度為

15、t1，折射率為n1的介質(zhì)板，路徑S2P垂直穿過厚度為t2，折射率為n2的另一介質(zhì)板，其余部分可看作真空，這兩條路徑的光程差等于 )()( (A)111222tnrtnr) 1() 1( (B)111222tnrtnr)()( (C)111222tnrtnr1122 (D)tntn21SS21rr11 tn22 tnPrtn真空中的光程：介質(zhì)中的光程：tr tn 整個光程nttr )(例題例題Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)ox中央明紋中央明紋波長為632.8 nm 的激光，垂直照射在間距為1.2 m

16、m的雙縫上，雙縫到屏幕的距離為500 mm，求兩條第4級明紋間的距離。解：kddxk44ddx兩條第4 級明紋間距為84ddx3394102 . 110500108 .63242xm101 . 23500 mm，d1.2 mmd210167. 4dddd 第4級明紋第4級明紋44ddx44ddx例題例題Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)解：(1)kddxk141414kkddxxxnm5001414kkxdd(2)mm0 . 3ddx以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上，雙縫與屏幕的垂直距離為1m。

17、(1) 紋間距從第一級明紋到同側(cè)的第四級明紋的距離為7.5mm，求單色光的波長；(2)若入射光的波長為600nm,求相鄰兩明紋間的距離。中央明紋中央明紋xo第4級明紋第1級明紋例題例題Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué) 在雙縫干涉實驗中，用波長為546.1 nm的單色光照射，雙縫與屏的距離為300 mm。測得中央明條紋兩側(cè)的兩個第五級明條紋的間距為12.2mm。求雙縫間的距離。)5( ,kkddxk解：中央明紋一側(cè)的第五級明紋的位置為：中央明紋兩側(cè)的兩個第五級明條紋的間距為：kddxxk22kxdxd

18、k22mm 134. 0例題例題Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)如圖，在雙縫干涉實驗中，若把一厚度為e、折射率為n的薄云母片覆蓋在S1縫上，中央明條紋將向 （上、下）移動；覆蓋云母片后，兩束相干光至原中央明紋O處的光程差為 。(n-1)e 上SS1S2Oe思路：dxdrrddxxddrdd)(12neerr0)12neerrr1r2n移動后的零條紋的位置對應(yīng)0r0enrr) 1(12例題例題kr 212）（kr(明)(暗)Beijing Information Science & Technology University 第八章 波動光學(xué)零級明紋移到原第7級明紋處 解：(1)0.11 m(2) 覆蓋云玻璃后，零級明紋應(yīng)滿足 )(12kneerr設(shè)不蓋玻璃片時，此點為第 k 級明紋，則應(yīng)有krr12796. 6) 1(enk在雙縫干涉實驗中，波長550nm的單色平行光垂直入射到縫間距為0.2mm的雙縫上，屏到雙縫距離為2m。求：(1)中央明紋兩側(cè)的兩條第10級明紋中心的間距；(2)用一厚度為e0.066mm、折射率為1.58的玻璃片覆蓋一縫后，零級明紋將移到原來的第幾級明紋處？kddxxk220kenrr) 1(12例題例題Beijing Information Sc