波動(dòng)光學(xué)習(xí)題課課件

1、波動(dòng)光學(xué)習(xí)題課第1頁(yè)，共21頁(yè)。一、基本要求1理解獲得相干光的基本方法，掌握光程的概念；2會(huì)分析楊氏雙縫干涉條紋及薄膜等厚干涉條紋的位置和條件；3了解邁克耳孫干涉儀的工作原理。4了解惠更斯菲涅耳原理5掌握單縫夫瑯禾費(fèi)衍射的條紋分布，以及縫寬，波長(zhǎng)等對(duì)衍射條紋的影響6理解光柵衍射方程，會(huì)分析光柵常數(shù)，光柵縫數(shù)N等對(duì)條紋的影響7理解線偏振光獲得和檢驗(yàn)的方法，馬呂斯定律和了解雙折射現(xiàn)象第2頁(yè)，共21頁(yè)。2光程（1）光在折射率n的介質(zhì)中，通過(guò)的幾何路程L所引起的相位變化，相當(dāng)于光在真空中通過(guò)nL的路程所引起的相位變化。（2）光程差引起的相位變化為其中 為光程差， 為真空中光的波長(zhǎng) 兩束光（反射光）由于

2、相位突變所引起的光程差。（3）附加光程差1獲得相干光的基本方法（分波前法,分振幅法,分振動(dòng)面法）二、基本內(nèi)容第3頁(yè)，共21頁(yè)。 3楊氏雙縫干涉（波陣面分割法）光程差得：明紋條件暗紋條件條紋間距第4頁(yè)，共21頁(yè)。4薄膜干涉（振幅分割法） 入射光在薄膜上表面由于反射和折射而分振幅，在上、下表面的反射光干涉（ ）光程差（1）劈尖干涉所以（加強(qiáng)明紋）（減弱暗紋） 相鄰兩明（暗）條紋處劈尖厚度差 (若 則 )第5頁(yè)，共21頁(yè)。（2）牛頓環(huán)干涉干涉條紋是以接觸點(diǎn)為中心的同心圓環(huán)其中R為透鏡的曲率半徑暗環(huán)半徑其明環(huán)半徑5邁克耳孫干涉儀 利用振幅分割法使兩個(gè)相互垂直的平面鏡形成一等效的空氣薄膜，產(chǎn)生干涉。 視

3、場(chǎng)中干涉條紋移動(dòng)的數(shù)目與相應(yīng)的空氣薄膜厚度改變（平面鏡平移的距離）的關(guān)系第6頁(yè)，共21頁(yè)。1單縫夫瑯禾費(fèi)衍射（1）半波帶法的基本原理（2）明暗條紋的條件（3） 條紋寬度中央明條寬度：角寬度線寬度明條紋寬度第7頁(yè)，共21頁(yè)。2衍射光柵（1）光柵衍射是單縫衍射和各縫干涉的總效果（2）光柵方程（3）缺級(jí)條件，當(dāng)同時(shí)成立時(shí)，衍射光第 缺級(jí)且3光學(xué)儀器的分辯率最小分辨角4線偏振的獲得和檢驗(yàn)（1）布儒斯特定律自然光通過(guò)偏振片后，強(qiáng)度為（2）馬呂斯定律第8頁(yè)，共21頁(yè)。三、討論 1單色光垂直入射劈尖，討論A、B處的情況A處條紋明暗B處光程差明B處光程差A(yù)處條紋明暗暗B處光程差A(yù)處條紋明暗明B處光程差A(yù)處條紋

4、明暗暗第9頁(yè)，共21頁(yè)。2楊氏雙縫干涉中，有下列變動(dòng)，干涉條紋如何變化（1）把整個(gè)裝置浸入水中此時(shí)波長(zhǎng)為 ，則條紋變密（2）在縫S2處慢慢插入一塊楔形玻璃片 圖示由于S2到O點(diǎn)的光程逐漸增加，因此S1到屏和S2到屏兩束光線相遇處的光程差為零的位置向下移動(dòng)。即整個(gè)干涉條紋向下移動(dòng)。（3）把縫隙S2遮住,并在兩縫垂直平面上放一平面反射鏡 此時(shí)兩束光的干涉如圖所示，由于S1光線在平面鏡反射且有半波損失，因此干涉條紋僅在O點(diǎn)上方，且明暗條紋位置與原來(lái)相反。第10頁(yè)，共21頁(yè)。（4）兩縫寬度稍有不等 干涉條紋位置不變，但干涉減弱不為零（暗），整個(gè)條紋對(duì)比度下降，不夠清晰。 由于兩束光頻率不同，不相干，無(wú)

5、干涉條紋。（5）分別用紅、藍(lán)濾色片各遮住S1和S2（6）將光源沿平行S1S2連線方向作微小移動(dòng) 圖示S向下移動(dòng)，此時(shí) ，于是中央明紋的位置向上移動(dòng)（為什么？）第11頁(yè)，共21頁(yè)。圖示牛頓環(huán)裝置中，平板玻璃由兩部分組成的 ( )，透鏡玻璃的折射率 ，玻璃與透鏡之間的間隙充滿 的介質(zhì)，試討論形成牛頓環(huán)的圖樣如何？討論：分別寫(xiě)出左右兩側(cè)的反射光的光程差表示式（對(duì)應(yīng)同一厚度） 與 可見(jiàn)，對(duì)應(yīng)同一厚度處，左右兩側(cè)的光程差相差半波長(zhǎng) ，即左邊厚度d處為暗紋時(shí)，右邊對(duì)應(yīng)厚度d 處卻為明紋，反之亦然，因此可觀察到的牛頓環(huán)的圖樣是：左右兩側(cè)明暗相反的半圓環(huán)條紋（圖示） 第12頁(yè)，共21頁(yè)。第13頁(yè)，共21頁(yè)。1

6、4討論光線的反射和折射(起偏角 )第14頁(yè)，共21頁(yè)。解（1）設(shè)在A處，兩束反射光的光程差為若計(jì)算透射光，圖示 1牛頓環(huán)裝置中平凸透鏡與平板玻璃有一小間隙 ，現(xiàn)用波長(zhǎng)為 單色光垂直入射（1）任一位置處的光程差（2）求反射光形成牛頓環(huán)暗環(huán)的表述式（設(shè)透鏡的曲率半徑為R）四、計(jì)算第15頁(yè)，共21頁(yè)。由圖示幾何關(guān)系知（設(shè)A處環(huán)半徑r）代入式（1）得為正整數(shù)，且（2）形成的暗紋條件第16頁(yè)，共21頁(yè)。 解： 在油膜上、下兩表面反射光均有相位躍變，所以，兩反射光無(wú)附加光程差2折射率為n =1.20的油滴在平面玻璃（折射率為n=1.50)上形成球形油膜，以=600nm光垂直入射，觀察油膜反射光的干涉條紋，

7、求若油膜中心最高點(diǎn)與玻璃平面相距1200nm，能觀察到幾條明紋？因此明紋條件滿足（0d1200nm)時(shí)，（油漠邊緣處）討論：當(dāng)油膜擴(kuò)大時(shí)，條紋間距將發(fā)生什么變化？變大！第17頁(yè)，共21頁(yè)。3單縫衍射，縫寬b=0.5mm，透鏡焦距f=50cm，以白光垂直入射，觀察到屏上 x=1.5mm明紋中心求：（1）該處光波的波長(zhǎng)（2）此時(shí)對(duì)應(yīng)的單縫所在處的波陣面分成的波帶數(shù)為多少？又因?yàn)榻猓?）由單縫衍射明紋條件得處波長(zhǎng)為第18頁(yè)，共21頁(yè)。在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，滿足上式的光波：可允許在屏上x(chóng)=1.5mm處的明紋為波長(zhǎng)600nm的第二級(jí)衍射和波長(zhǎng)為420nm的第三級(jí)衍射（2）此時(shí)單縫可分成的波帶數(shù)分別是第19頁(yè)，共21頁(yè)。解：畫(huà)出裝置示意圖和矢量圖4一厚度為0.04mm的波晶片，其光軸平行于表面，將其插入兩主截面相互垂直的偏振片之間，使光軸與第一個(gè)偏振片成角，試求哪些波長(zhǎng)的可見(jiàn)光不能通過(guò)這一裝置。 自然光通過(guò)N1后為線偏振光，光振幅為A（方向平行于主截面），垂直入射到晶片后分為兩束光（o,e）振幅分別為第20頁(yè)，共21頁(yè)。 這兩束光經(jīng) N2后，透出的光振動(dòng)