大學(xué)物理課件-波動光學(xué)基礎(chǔ)

13.1光是電磁波13.2光源光波的疊加13.3獲得相干光的方法楊氏雙縫實驗第13章波動光學(xué)基礎(chǔ)13.4光程與光程差13.5薄膜等厚干涉13.6惠更斯-菲涅耳原理13.7單縫的夫瑯禾費衍射13.8衍射光柵及光柵光譜13.9線偏振光自然光13.10偏振片的起偏和檢偏馬呂斯定律13.11反射和折射產(chǎn)生的偏振布儒斯特定律13.12雙折射現(xiàn)象光的干涉2.電磁波的能量能流密度（坡印廷）矢量:

波的強度：3.光波的相干條件：1）頻率相同；2）光矢量振動方向平行；3）相位相同或相位差恒定.4.楊氏雙縫實驗波程差：加強減弱明暗條紋的位置:暗紋明紋兩相鄰明（暗）條紋之間的間距：5.半波損失光從光疏介質(zhì)（n1）射向光密介質(zhì)（n2)時，反射光的相位較之入射光的相位躍變了，相當(dāng)于反射光與入射光之間附加了半個波長的波程差.(n1<n2)13.4光程與光程差*P*相位差太復(fù)雜了吧？！13.4.1光程

引入：兩列完全相同的波分別在真空和折射率為n的介質(zhì)中傳播，經(jīng)過相同的時間，當(dāng)在介質(zhì)中通過的路程為r時，在真空中通過的路程是多少？相位改變各為多少，它們之間有什么關(guān)系？（已知真空中波長為）在真空中的路程為：介質(zhì)中的相位改變：真空中的相位改變：光程:媒質(zhì)折射率與光的幾何路程之積=

光程是一個折合量，在傳播時間相同或相位改變相同的條件下，把光在介質(zhì)中傳播的路程折合為光在真空中傳播的相應(yīng)路程。13.4.1光程經(jīng)時間t，在真空和介質(zhì)n中傳播示意圖用光程差的計算代替相位差的計算光程差：相位差:（為真空中對應(yīng)頻率的波長）一束光連續(xù)通過三種介質(zhì)，已知求其光程？r1＝r2＝2r3opn1n2n3r2r3r1xp例

S2和S1的初相差為,波長的兩列波在真空中通過如圖所示的路徑到達點P,求到達P點時的相位差。（n＝1.5，x＝0.100m）解光程差為：相位差為：ABAB焦平面預(yù)備知識：透鏡知識說明：透鏡不引起附加的光程差13.5薄膜等厚干涉薄膜：透明介質(zhì)形成的厚度很薄的一層介質(zhì)膜.光線1、2的光程差：S12ABCD21n2n1n1i

半波損失根據(jù)具體情況而定減弱加強干涉加強、減弱的條件：說明：1.當(dāng)入射光i相同時，干涉圖樣中同一干涉條紋對應(yīng)于薄膜上厚度相同點的連線，為等厚干涉。

當(dāng)時S12ABCD21n2n1n1i透射光的光程差透射光的干涉：例一油輪漏出的油(折射率=1.20)污染了某海域,在海水(=1.30)表面形成一層薄薄的油污.(1)如果太陽正位于海域上空,一直升飛機的駕駛員從機上向下觀察,他所正對的油層厚度為460nm,則他將觀察到油層呈什么顏色?綠色解(1)紅光紫光紫紅色(2)如果一潛水員潛入該區(qū)域水下,又將看到油層呈什么顏色?透射光的光程差：a.劈尖明紋暗紋13.5.2典型的等厚干涉SM劈尖角a（明紋）（暗紋）劈尖干涉特征2）劈尖為暗紋.1）厚度d相同地方光程差相同，對應(yīng)同一條紋；3）條紋間距（明紋或暗紋）2）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差劈尖干涉干涉條紋為平行于棱邊的明暗相間的等間距直條紋。思考若空氣劈的上表面向上平移，向右移動，增大，干涉條紋如何變化（平移或疏密變化）？答：向上：條紋間距a不變，條紋向左平移；向右：a不變，條紋向右平移；增大：條紋變密，且等厚度的位置向左移動,所以干涉條紋向左方密集。4）干涉條紋的移動2）測膜厚1）干涉膨脹儀劈尖干涉的應(yīng)用空氣3）檢驗光學(xué)元件表面的平整度4）測細絲的直徑例有一玻璃劈尖，放在空氣中，劈尖夾角用波長的單色光垂直入射時，測得干涉條紋的寬度a＝2.4mm，求這玻璃的折射率。解：由于n2b.牛頓環(huán)由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成光程差

牛頓環(huán)實驗裝置牛頓環(huán)干涉圖樣顯微鏡SLM半透半反鏡TRn2dr暗紋光程差明紋光程差明、暗環(huán)半徑：暗環(huán)半徑明環(huán)半徑

1）從反射光觀察，中心點是暗點還是亮點，從透射光中觀測，中心點是暗點還是亮點？？2）屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？3）將牛頓環(huán)置于的液體中，條紋如何變？暗環(huán)半徑明環(huán)半徑思考4）牛頓環(huán)干涉裝置的平凸透向上平移時，從入射光方向觀察到干涉環(huán)紋如何變化？答：1）反射光中牛頓環(huán)中心為暗斑(實驗中有時得到明斑，為什么）；透射光中心為明斑；

2），r越大，牛頓環(huán)越來越密；

3）置于液體中時，條紋會變密，同一厚度的條紋向中心移動。

4）環(huán)紋向中心收縮，且條紋寬窄不變。測量透鏡的曲率半徑

例2用波長為589.3nm的單色光做牛頓環(huán)實驗，測得第個k

暗環(huán)的直徑為6.220mm,第k+5暗環(huán)的直徑為8.188mm，求平凸透鏡的曲率半徑R.解：總結(jié)

1）干涉條紋為光程差相同的點的軌跡，即厚度相等的點的軌跡2）厚度線性增長條紋等間距，厚度非線性增長條紋不等間距;3）條紋的動態(tài)變化分析（變化時）4）半波損失需具體問題具體分析光程:媒質(zhì)折射率與光的幾何路程之積=光程差：相位差:（為真空中對應(yīng)頻率的波長）小結(jié)一、光程與光程差根據(jù)具體情況而定二、薄膜等厚干涉厚度為d的薄膜折射率為n2，n1為入射光所在介質(zhì)的折射率；i為入射角。1.劈尖和牛頓環(huán)

平行垂直入射光線自劈尖或牛頓環(huán)上、下表面的反射光構(gòu)成相干光根據(jù)具體情況而定光程差明紋暗紋明、暗條紋條件（明紋）（暗紋