高二物理競賽第十六講光的干涉、衍射、偏振課件共35張

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光的干涉、衍射、偏振2

光學(xué)是研究光的傳播以及它和物質(zhì)相互作用問題的學(xué)科。光學(xué)通常分為以下三個部分：▲幾何光學(xué)：以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)，▲波動光學(xué)：研究光的電磁性質(zhì)和傳播規(guī)律，▲量子光學(xué)：以光的量子理論為基礎(chǔ)，研究各種成像光學(xué)儀器的理論。是干涉、衍射、偏振的理論和應(yīng)用。物質(zhì)相互作用的規(guī)律。主要研究光與特別3

第三章光的干涉第四章光的衍射第五章光的偏振

波動光學(xué)目錄4

第三章光的干涉§3.1光源的相干性（Interferenceoflight）§3.2雙縫干涉及其他分波面干涉實驗§3.3時間相干性§3.4空間相干性§3.5光程§3.6薄膜干涉（一）—等厚條紋§3.7薄膜干涉（二）—等傾條紋§3.8邁克耳孫干涉儀5豐富多彩的干涉現(xiàn)象水膜在白光下白光下的肥皂膜6蟬翅在陽光下蜻蜓翅膀在陽光下白光下的油膜肥皂泡玩過嗎?7等傾條紋牛頓環(huán)(等厚條紋)測油膜厚度平晶間空氣隙干涉條紋8§3.1光源的相干性一.光源（lightsource）光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子。=(E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射波列波列長L=c92.激光光源：受激輻射=(E2-E1)/hE1完全一樣E21.普通光源：自發(fā)輻射··獨立（同一原子先后發(fā)的光）獨立（不同原子發(fā)的光）（傳播方向，頻率，相位，振動方向）10二.光的相干性

1.兩列光波的疊加·P··12r1r2P：12E0E10E20干涉項（只討論電振動）11

非相干光源：I=I1

+I2—非相干疊加

完全相干光源：▲相長干涉（明）（k=0,1,2…）▲相消干涉（暗）

(k=0,1,2…)12I02-24-44I1襯比度差(V<1)襯比度好(V=1)振幅比，▲決定襯比度的因素：光源的寬度光源的單色性，IImaxImin02-24-4干涉條紋可反映光的全部信息（強度，相位）。2.條紋襯比度（對比度，反襯度）(contrast)

133.普通光源獲得相干光的途徑PS

*分波面法:分振幅法：·P薄膜S*

在P點相干疊加14§2雙縫干涉及其他分波面干涉實驗

楊(T.Young)在1801年首先發(fā)現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象，并首次測量了光波的波長。15一.雙縫干涉r1r2xdxD0單色光入射d>>，D>>d（d

10-4m，

D

m）波程差：相位差：P·16明紋

暗紋

條紋間距：x0xIxr1r2xdxD0P·17(1)一系列平行的明暗相間的條紋；

(3)中間級次低，兩邊級次高；明紋：

k

，k=1，2…（整數(shù)級）暗紋：

(2k+1)/2（半整數(shù)級）(4)

條紋特點：(2)不太大時條紋等間距；白光入射時，0級明紋中心為白色（可用來定0級位置），其余級明紋構(gòu)成彩帶，第2級開始出現(xiàn)重疊（為什么？）（某條紋級次=該條紋相應(yīng)的

之值）18白光入射的楊氏雙縫干涉照片紅光入射的楊氏雙縫干涉照片您能判斷0級條紋在哪嗎？19白光入射時，0級亮紋為白色（可用來定0級位置），其余級亮紋構(gòu)成彩帶,第二級亮紋就出現(xiàn)重疊。123400.40.760.40.7620例題、雙縫干涉實驗中，以波長5876A0的光照射雙縫時，在距離雙縫2.25m處的屏幕上產(chǎn)生間距為0.50mm的干涉條紋。求兩縫之間的距離。21二.光強公式若I1=I2

=I0

，則光強曲線k012-1-2I02-24-44I0sin0/d-/d-2/d2/dx0x1x222三、干涉問題分析的要點：(1)相干光是誰(2)計算波程差(光程差)(3)條紋特點(形狀、位置、分布、條數(shù)、移動等)(4)光強公式、光強曲線23△四.其他分波面干涉實驗要求明確以下問題：1.如何獲得的相干光；2.明、暗紋條件；

3.干涉條紋特點：4.勞埃鏡實驗說明了什么？重點搞清勞埃鏡實驗。形狀、間距、級次位置分布；（自學(xué)書P186—187）24

勞埃鏡的干涉SS’M或處理辦法：等效雙縫思考：為什么光程差公式中出現(xiàn)了25SS1S2雙棱鏡

雙棱鏡的干涉26M1M2S1S2S

雙面鏡的干涉27楊氏雙縫花樣雙棱鏡花樣勞埃鏡花樣28S1S2S***xk=+1k=-2k=+2k=0k=-1I楊氏雙縫實驗29△

§3.3時間相干性（temporalcoherence）1.相干長度（coherentlength）

2.相干時間（coherentlength）

光的單色性好，相干長度和相干時間就長，時間相干性也就好。30例1、

在楊氏實驗裝置中，采用加有藍(lán)綠色濾光片的白光光源，其波長范圍為=100n

m，平均波長為=490nm。試估算從第幾級開始條紋變的無法分辨？31△

§3.4空間相干性（spatialcoherence）1.極限寬度當(dāng)光源寬度b增大到某個寬度b0時，干涉條紋剛好消失：時，才能觀察到干涉條紋。2.相干間隔3.相干孔徑角32§3.5光程（opticalpath）一.光程真空中：··rab

介質(zhì)中：··abnr介質(zhì)─介質(zhì)中波長─真空中波長33為介質(zhì)中與路程r相應(yīng)的光程。這表明，光在介質(zhì)中傳播路程

r─真空中波長傳播路程nr

引起的相位差相同。我們稱nr由此得到關(guān)系：[例2]如圖，計算兩相干光源通過路程r1

和r2

在P點的相差。（兩光源初相都為零）和在真空中34nS1S2r1r2dP·[例3]雙縫干涉實驗中，S2縫后加一個厚度為d，折射率為n的透明介質(zhì)。問：

1）中央明紋移向哪個方向？

2）若波長為5500?，d=5.6m，零級變?yōu)榈?級，則n=?35二.透鏡不會產(chǎn)生附加光程差Sacb··S

物點到象點（亮點）各Facb