第十章-波動(dòng)光學(xué)

波動(dòng)光學(xué)第十章前言光現(xiàn)象研究發(fā)展史公元前400年《墨經(jīng)》：光的幾何性質(zhì)記錄公元前300~400年歐幾里德：光的直線傳播開普勒（德）：光照、光疏密性質(zhì)、全反射1621年斯涅爾（荷）：折射定律牛頓：總結(jié)提出光的粒子說1655年格拉馬蒂（意）：衍射、薄膜干涉現(xiàn)象惠更斯（荷）：同期提出光的波動(dòng)學(xué)說。（以太介質(zhì)）1801年托馬斯.楊（英）：楊氏雙縫干涉1808年馬呂斯（法）：光的偏振（光是橫波）1811年布儒斯特（英）：雙軸晶體1818年菲涅爾（法）：惠更斯—菲涅爾原理同期洛埃：洛埃鏡實(shí)驗(yàn)半波損失

—>為波動(dòng)說奠定基礎(chǔ)。1849—62年菲索和傅科（法）光速測(cè)量：—>證實(shí)波動(dòng)說1872年邁克爾遜和莫雷（美）：以太尋找實(shí)驗(yàn)1872年麥克斯韋：建立Maxwell方程，光速，光是電磁波1886年赫茲（德）：證實(shí)電磁波1905年愛因斯坦：光的量子學(xué)說—>光的粒子性相對(duì)論—>光速光的波粒二象性光學(xué)的發(fā)展：幾何光學(xué)波動(dòng)光學(xué)量子光學(xué)光的偏振、干涉、衍射光的偏振光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子

=(E2-E1)/hE1E2能級(jí)躍遷輻射普通光源：自發(fā)輻射獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)··獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光)

發(fā)光的隨機(jī)性，獨(dú)立性

發(fā)光的間隙性波列波列長(zhǎng)L=

c1、光源的發(fā)光機(jī)理可見光頻率范圍2、光的顏色和光譜可見光波長(zhǎng)范圍可見光顏色對(duì)照單色光——只含單一波長(zhǎng)的光。復(fù)色光——含多種波長(zhǎng)的光。準(zhǔn)單色光——光波中包含波長(zhǎng)范圍很窄的成分的光。自然光?

光波是電磁波光波中參與與物質(zhì)相互作用（感光作用、生理作用）的是E

矢量，稱為光矢量。E矢量的振動(dòng)稱為光振動(dòng)。3、光強(qiáng)在波動(dòng)光學(xué)中，主要討論的是相對(duì)光強(qiáng)，因此在同一介質(zhì)中直接把光強(qiáng)定義為：光強(qiáng)：在光學(xué)中，通常把平均能流密度稱為光強(qiáng)，用I

表示。

電磁波是橫波光的振動(dòng)方向垂直于傳播方向在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光矢量的振動(dòng)方向可能有各種不同的方向，因此我們將光矢量在振動(dòng)方向上的狀態(tài)，稱為光的偏振10-1偏振光和自然光振動(dòng)面：通過波的傳播方向且包含振動(dòng)矢量的平面。光矢量振動(dòng)面v0HE1線偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）光波的光矢量方向始終不變，只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)。線偏振光的表示法：光振動(dòng)平行板面光振動(dòng)垂直板面一、線偏振光和自然光光矢量振動(dòng)面v0HE光源上一個(gè)原子一次發(fā)出的是一個(gè)線偏振光波列，持續(xù)時(shí)間約10-8秒。在10-8秒的時(shí)間內(nèi)大量波列合成的光波可以是偏振的，但是它以完全無規(guī)的方式迅速變化著。各原子是獨(dú)立地、隨機(jī)地發(fā)光的。光矢量的大小、方向、初位相等等也是隨機(jī)的。在我們觀察的時(shí)間

t內(nèi),在哪個(gè)方向都不占優(yōu)勢(shì)了它們對(duì)其傳播方向形成軸對(duì)稱分布。2、自然光光矢量振動(dòng)面v0HE··長(zhǎng)度有限、振動(dòng)方向一定、振幅不變一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。這兩個(gè)光振動(dòng)的能量各占總能量的一半。自然光的表示法：光矢量E在垂直于光波的傳播方向上，出現(xiàn)在各個(gè)方向上的幾率相等，光矢量的振幅也相等，這樣的光稱為自然光。3、部分偏振光部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的線偏振光。部分偏振光的表示法：······平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)··彼此無固定相位關(guān)系、振動(dòng)方向任意，但振幅不同的大量光振動(dòng)的組合（在某一方向上占優(yōu)勢(shì)）,稱部分偏振光，它介于自然光與線偏振光之間。起偏：使自然光（或非偏振光）變成線偏振光的過程。檢偏：檢查入射光的偏振性。偏振化方向自然光偏振片線偏振光二、偏振片的起偏和檢偏將待檢查的入射光垂直入射偏振片，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，觀察光強(qiáng)的變化，確定光的偏振性。偏振片允許通過的光振動(dòng)方向?yàn)槠窕较蛉舨豢紤]偏振化方向的吸收，投射光強(qiáng)為入射自然光強(qiáng)的一半。.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化兩偏振片的偏振化方向相互垂直光強(qiáng)為零.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變以光的傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)：1入射光為線偏振光透射光由明變暗再逐漸變明的明暗變化，最暗處光強(qiáng)為零2入射光為自然光透射光沒有明暗變化3入射光為部分偏振光透射光由明暗變化但最暗處光強(qiáng)不為零三馬呂斯定律

----線偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向夾角線偏振光通過偏振片后的光強(qiáng)變化規(guī)律如果入射線偏振光的光強(qiáng)為I0，透過偏振器后，透射光的光強(qiáng)I為例題1有兩個(gè)偏振片,一個(gè)用作起偏器,一個(gè)用作檢偏器.當(dāng)它們的偏振化方向之間的夾角為30o時(shí),一束單色自然光穿過它們,出射光強(qiáng)為I1;當(dāng)它們的偏振化方向之間的夾角為60o時(shí),另一束單色自然光穿過它們,出射強(qiáng)度為I2,且I

1=I2.求兩束單色自然光的強(qiáng)度之比.??I10I10/2I1解:由馬呂斯定律同理:取I1=I2兩束單色自然光的強(qiáng)度比為:10-2反射光和折射光的偏振自然光部分偏振光反射和折射過程會(huì)使入射的自然光一定程度的偏振化部分偏振光反射光的偏振化程度和入射角有關(guān)，當(dāng)入射角等于某一特定值i0且滿足這時(shí)反射光成為線偏振光，且只有垂直振動(dòng)分量。布儒斯特定律自然光線偏振光部分偏振光起偏角布儒斯特角若n1

=1.00(空氣)，n2=1.50(玻璃)，則：光線以布儒斯特角入射時(shí)，反射光與折射光垂直!自然光線偏振光部分偏振光玻璃片堆起偏和檢偏最后獲得兩束振動(dòng)面互相垂直的線偏振光，且光強(qiáng)較大?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ0(玻璃片足夠多時(shí)，折射光接近線偏振光)··················I

I0(反射光為線偏振光)對(duì)于一般的光學(xué)玻璃,

反射光的強(qiáng)度一般不會(huì)超過入射光強(qiáng)度的20%

,

大部分光將透過玻璃.？討論討論光線的反射和折射(起偏角)作業(yè)P98

10-410-6

下次講10-310-4光通過雙折射(各向異性)晶體一、雙折射現(xiàn)象對(duì)于各向異性晶體，一束光射入晶體后，可以觀察到有兩束折射光的現(xiàn)象。尋常光線(o光)-ordinary-----遵守折射定律非常光線(e光)-extraordinary

-----不遵守折射定律o光和e光都是線偏振光!10-3光的雙折射現(xiàn)象光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光雙折射當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體二、晶體的光軸與光線的主平面當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸?！肮廨S”是一特殊的“方向”,不是指一條直線。凡平行于此方向的直線均為光軸。單軸晶體：只有一個(gè)光軸的晶體雙軸晶體：有兩個(gè)光軸的晶體AB光軸102°方解石方解石、石英等云母、硫磺等主平面：晶體中某條光線與晶體光軸構(gòu)成的平面。e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面····o光的振動(dòng)方向垂直于o光的主平面e光的振動(dòng)方向在e光的主平面內(nèi)三.惠更斯原理對(duì)雙折射的解釋························vo

t光軸1.晶體的主折射率（正晶體、負(fù)晶體）光軸ve

tvo

t在雙折射晶體中,o光沿各向傳播的速度相同,故o光引起的子波波面為球面;e光沿各向的傳播速度不同,e光子波面為旋轉(zhuǎn)橢球面.兩者沿光軸方向傳播速度相同。o光:e光:

n0，ne稱為晶體的主折射率光在各向異性晶體中的傳播速度與光的傳播方向和光矢量的振動(dòng)方向有關(guān)!2.惠更斯作圖法解釋雙折射現(xiàn)象(ve>vo)

正晶體:

ne>no負(fù)晶體:

ne<no子波源vo

tve

t光軸vo

tve

t光軸

正晶體

(vo>ve)

負(fù)晶體(vo<ve)

子波源(ve<vo)如石英(ve>vo)如方解石(1)光軸平行晶體表面，自然光垂直入射····

e

oe

o光軸晶體····

o,e光在傳播方向上雖沒分開，但速度上是分開的.以此原理可制成波片.(2)光線斜入射，光軸與晶體表面斜交(3)光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射······o

e晶體光軸····o

e光軸????o光四.尼科耳棱鏡(起偏器)AFCG102oACe光光軸48o??76o?68o22oACNM68o90o自然光在AC面折射為o光和e光,o光以約76o入射到AC的加拿大樹膠層上.被AC面全反射.只有e光出射,產(chǎn)生偏振光.由方解石切割再用樹膠粘合而成.no=1.658ne=1.486n=1.551o光:而i=76o>69o,全反射.FG78oMN10-4光波的疊加光程幾列光波在空間相遇后，每列光波都保持各自原有特性（頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向等）不變，按原方向繼續(xù)傳播，在相遇區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的光振動(dòng)為每列光波在該點(diǎn)獨(dú)立引起的光振動(dòng)的疊加一光波的相干疊加相干條件：頻率相同、振動(dòng)方向相同、相位差恒定相干波干涉現(xiàn)象它們?cè)谙嘤鳇c(diǎn)所引起的合光振動(dòng)為(P39)設(shè)有兩列相干光波的光矢量的振動(dòng)圓頻率為,在相遇點(diǎn)的振幅分別為，由于它們振動(dòng)方向相同，則：表示兩列光波在相遇點(diǎn)的相位差1、非相干疊加獨(dú)立光源的兩束光或同一光源的不同部位所發(fā)出的光具有隨機(jī)性和間歇性，其位相差“瞬息萬變”，在一個(gè)周期內(nèi)經(jīng)歷一切可能取值的幾率相等。疊加后光強(qiáng)等與兩光束單獨(dú)照射時(shí)的光強(qiáng)之和，無干涉現(xiàn)象平均光強(qiáng):2、相干疊加滿足相干條件的兩束光疊加后位相差恒定，有干涉現(xiàn)象若相長(zhǎng)干涉相消干涉兩相干光束兩非相干光束一個(gè)光源1

分波前的方法楊氏干涉2

分振幅的方法等傾干涉、等厚干涉普通光源獲得相干光的途徑（方法）二光程與光程差干涉現(xiàn)象決定于兩束相干光的位相差兩束相干光通過不同的介質(zhì)時(shí)，位相差不能單純由幾何路程差決定。光在介質(zhì)中傳播幾何路程為r，相應(yīng)的位相變化為一定頻率的光波在折射率為n的介質(zhì)中傳播時(shí)，其波長(zhǎng)為真空中波長(zhǎng)的1/n倍光程表示在相同的時(shí)間內(nèi)光在真空中通過的路程即：光程這個(gè)概念可將光在介質(zhì)中走過的路程，折算為光在真空中的路程光程差光在真空中的波長(zhǎng)若兩相干光源不是同位相的兩相干光源同位相，干涉條件不同光線通過透鏡要改變傳播方向，會(huì)不會(huì)引起附加光程差？A、B、C的位相相同，在F點(diǎn)會(huì)聚，干涉互相加強(qiáng)A、B、C各點(diǎn)到F點(diǎn)的光程都相等。AaF比BbF經(jīng)過的幾何路程長(zhǎng)，但BbF在透鏡中經(jīng)過的路程比AaF長(zhǎng)，透鏡折射率大于1，折算成光程，

AaF的光程與BbF的光程相等。解釋使用透鏡不會(huì)引起各相干光之間的附加光程差。作業(yè)P98-99

10-710-10

下次講10-510-6光的干涉10-5雙縫干涉一、楊氏雙縫干涉S1S2S***分波陣面法二楊氏干涉條紋分析D>>d相位差：干涉加強(qiáng)明紋位置(中央明紋)干涉減弱暗紋位置光程差：(1)(2)

pr1

r2

xxDod·(1)明暗相間的條紋對(duì)稱分布于中心O點(diǎn)兩側(cè)。干涉條紋特點(diǎn)：(2)相鄰明條紋和相鄰暗條紋等間距，與干涉級(jí)k無關(guān)。兩相鄰明（或暗）條紋間的距離稱為條紋間距。方法一：方法二：(3)

D,d一定時(shí)，由條紋間距可算出單色光的波長(zhǎng)。(對(duì)明紋)(利用條紋間距)若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。1菲涅耳雙面鏡P三、雙縫型的其他干涉裝置2洛埃鏡

當(dāng)屏幕E

移至E'處，從S1和S2

到N點(diǎn)的光程差為零，但是觀察到暗條紋，驗(yàn)證了反射時(shí)有半波損失存在。問：原來的零級(jí)條紋如何移動(dòng)？若移至原來的第k

級(jí)明條紋處，其厚度

h為多少？例：已知：S2

縫上覆蓋的介質(zhì)厚度為

h

，折射率為

n

，設(shè)入射光的波長(zhǎng)為

.

解：從S1和S2發(fā)出的相干光所對(duì)應(yīng)的光程差當(dāng)光程差為零時(shí)，對(duì)應(yīng)零條紋的位置應(yīng)滿足：所以零級(jí)明條紋下移原來

k

級(jí)明條紋位置滿足：設(shè)有介質(zhì)時(shí)零級(jí)明條紋移到原來第

k

級(jí)處，它必須同時(shí)滿足：這也提供了一種測(cè)量透明物質(zhì)折射率的方法!利用薄膜上、下兩個(gè)表面對(duì)入射光的反射和折射，可在反射方向(或透射方向)獲得相干光束。一、薄膜干涉a1a2a在一均勻透明介質(zhì)n1中放入上下表面平行,厚度為e

的均勻介質(zhì)n2(>n1)，用光源照射薄膜，其反射和透射光如圖所示

10-6等厚干涉和等傾干涉分振幅法光線a2與光線a1的光程差為：半波損失由折射定律和幾何關(guān)系可得出：a1a2a干涉條件對(duì)同樣的入射光來說，當(dāng)反射方向干涉加強(qiáng)時(shí)，在透射方向就干涉減弱。a1a2a透射光干涉條紋和反射光干涉條紋互補(bǔ)透射光的干涉反射光的干涉作業(yè)P99

10-1110-12一、劈尖干涉夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜空氣劈尖棱邊楔角平行單色光垂直照射劈尖上，上、下表面的反射光將產(chǎn)生干涉，厚度為e處，兩相干光的光程差為二等厚干涉實(shí)心劈尖干涉條件劈尖上厚度相同的地方，兩相干光的光程差相同，對(duì)應(yīng)一定k值的明或暗條紋?！群窀缮胬膺吿?，e=0,=/2，出現(xiàn)暗條紋有“半波損失”實(shí)心劈尖證實(shí)惠更斯-光的波動(dòng)學(xué)說劈尖任意相鄰明條紋對(duì)應(yīng)的厚度差：任意相鄰明條紋(或暗條紋)之間的距離Δx

為：在入射單色光一定時(shí)，劈尖的楔角

愈小，則Δx愈大，干涉條紋愈疏；

愈大，則Δx愈小，干涉條紋愈密。當(dāng)用白光照射時(shí)，將看到由劈尖邊緣逐漸分開的彩色直條紋。二、牛頓環(huán)空氣薄層中，任一厚度e處上下表面反射光的干涉條件：略去e2各級(jí)明、暗干涉條紋的半徑：隨著牛頓環(huán)半徑的增大，條紋變得越來越密(內(nèi)疏外密)e=0,兩反射光的光程差

=/2，為暗斑。P70介質(zhì)中的牛頓環(huán)公式。

測(cè)細(xì)小直徑、厚度、微小變化Δh待測(cè)塊規(guī)λ標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)平晶

測(cè)表面不平度等厚條紋待測(cè)工件平晶

檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)待測(cè)透鏡暗紋

三等傾干涉從S發(fā)光，入射到半反半透平面鏡M上.在膜N上下兩表面反射通過透鏡L在屏上會(huì)聚有相同入射角的光條紋在同一圓周上.相同的入射角對(duì)應(yīng)同一級(jí)條紋。因此，對(duì)于厚度相同的薄膜干涉稱為等傾干涉。L

fPo

r環(huán)B

dn

n

n>n

i

rA

CD··21Si光束1、2的光程差：·

··由前面的分析知或明紋暗紋屏上出現(xiàn)條紋:條紋特征:(1)傾角i相同的光線對(duì)應(yīng)同一條（級(jí)）干涉條紋

(2)條紋形狀:一系列明暗相間的同心圓環(huán)

(3)條紋級(jí)次分布:n、d一定時(shí)

(4)膜厚變化時(shí),條紋的移動(dòng)：由內(nèi)側(cè)級(jí)次高-d中心向外冒條紋ˉd中心向內(nèi)吞條紋*增透膜和增反膜增透膜(相機(jī)鏡頭)-----利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來減少反射，從而使透射增強(qiáng)。增反膜-----利用薄膜上、下表面反射光的光程差滿足相長(zhǎng)干涉，因此反射光因干涉而加強(qiáng)。能量守恒！a1a2a

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(jī)的駕駛員從機(jī)上向下觀察,他所正對(duì)的油層厚度為460nm,則他將觀察到油層呈什么顏色?(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?解(1)

例1一油輪漏出的油(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(jī)的駕駛員從機(jī)上向下觀察,他所正對(duì)的油層厚度為460nm,則他將觀察到油層呈什么顏色?(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?綠色可見光波長(zhǎng)760~400nm(2)透射光的光程差紅光紫光紫紅色例2：氦氖激光器中的諧振腔反射鏡，要求對(duì)波長(zhǎng)

=6328A0的單色光反射率達(dá)99%以上，為此在反射鏡的玻璃表面上交替鍍上ZnS(n1=2.35)和低折射率的材料MgF2(n2=1.38)共十三層，求每層膜的實(shí)際厚度？（按最小厚度要求）n1n1n1n2n2n2解：實(shí)際使用中，光線垂直入射；有半波損失ZnS的最小厚度MgF的最小厚度作業(yè)P99~P100

10-1410-1810-21下次講10-710-8

10-7邁克耳遜干涉儀時(shí)間相干性M

222

11

S半透半反膜M1M2G1G2補(bǔ)償光程一、邁克耳遜干涉儀光束2′和1′發(fā)生干涉若M

2、M1平行

等傾條紋若M

2、M1有小夾角

等厚條紋M

222

11

S半透半反膜M1M2G1G2M2M1’dM1M2’干涉條紋的位置取決于光程差,只要光程差有微小的變化,干涉條紋就發(fā)生可鑒別的移動(dòng)。M

222

11

S半透半反膜M1M2G1G2平移M1（即改變‘

’）

由:

=2d=k

知：

改變‘

’，就有一條明紋移動(dòng)M1平移一條明紋移動(dòng)明紋移動(dòng)的數(shù)目M1平移的距離應(yīng)用：

微小位移測(cè)量

測(cè)波長(zhǎng)或折射率已知可測(cè)已知可測(cè)M

222

11

S半透半反膜M1M2G1G2原子發(fā)光是間歇性的，每個(gè)波列持續(xù)的時(shí)間二、時(shí)間相干性來自于原子輻射發(fā)光的時(shí)間有限，所以波列有一定的長(zhǎng)度L。相干長(zhǎng)度波列長(zhǎng)度就是相干長(zhǎng)度··為什么油膜有彩色干涉圖樣，而玻璃窗沒有？恰好能相干的情形能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的光程差與相干長(zhǎng)度：波列長(zhǎng)度L=c

，其中

為發(fā)光持續(xù)時(shí)間。

稱為相干時(shí)間。

越長(zhǎng)，則光的相干性就越好時(shí)間相干性由光源的性質(zhì)決定。鈉Na

光，波長(zhǎng)589.6nm，相干長(zhǎng)度3.4~10-2m氦氖激光

，波長(zhǎng)632.8nm，相干長(zhǎng)度40~102m··氦氖激光的時(shí)間相干性遠(yuǎn)比普通光源好。光的單色性

有限長(zhǎng)度的波列不是單一波長(zhǎng)的，而是包含具有各種不同強(qiáng)度的波長(zhǎng)成份。譜線寬度譜線寬度可用頻率范圍來表示：光的單色性與光波列持續(xù)時(shí)間的關(guān)系：光的單色性與光的時(shí)間相干性是對(duì)同一性質(zhì)問題的不同表述！與該干涉級(jí)km對(duì)應(yīng)的光程差δm，就是能形成干涉條紋的最大光程差光的單色性（即

的寬度）決定了能產(chǎn)生清晰干涉條紋的最大光程差波長(zhǎng)范圍內(nèi)每一個(gè)波長(zhǎng)的光均勻形成各自的一套干涉條紋。對(duì)于譜線寬度為

的準(zhǔn)單色光，干涉條紋消失的位置滿足光源中心波長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍相干長(zhǎng)度L(m)Hg燈546150<6×10-686Kr燈60576057(低溫)5.5×10-24.9×10-3<0.20.75He-Cd激光器44167×10-3<0.3Ar+激光器51459×10-2<0.03He-Ne激光器63286328（穩(wěn)頻）~10-5~10-7102~1034×104幾種常用光源的時(shí)間相干性光在傳播過程中遇到障礙物，能夠繞過障礙物的邊緣前進(jìn)，這種偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射現(xiàn)象。光的衍射縫較大時(shí)，光是直線傳播的縫很小時(shí)，或者說障礙物的大小與光波波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，衍射現(xiàn)象明顯陰影屏幕屏幕一、光的衍射現(xiàn)象10-8惠更斯-菲涅耳原理圓孔衍射單縫衍射*光的衍射現(xiàn)象*各種孔徑的衍射圖樣:

正三邊形孔正四邊形孔正六邊形孔正八邊形孔單縫單縫衍射正三角形孔正四邊形孔正六邊形孔正八邊形孔特點(diǎn)：光束在障礙物的什么方向上受到限制，

衍射圖樣就在什么方向上擴(kuò)展！二、惠更斯-費(fèi)涅耳原理1815年，菲涅耳運(yùn)用子波可以相干疊加的思想對(duì)惠更斯原理作了補(bǔ)充：惠更斯－菲涅耳原理:從同一波面S上每一個(gè)面元dS都可以看成發(fā)射球面子波的新波源，這些子波在傳播到空間P點(diǎn)時(shí)，P點(diǎn)的振動(dòng)是這些子波在該點(diǎn)的相干疊加.惠更斯原理的不足若取時(shí)刻t=0波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波初相為零，則面元dS在P點(diǎn)引起的光振動(dòng)為：K(

)----傾斜因子惠更斯-菲涅耳原理解釋了波為什么不向后傳播的問題，這是惠更斯原理所無法解釋的。P點(diǎn)的光振動(dòng)（惠更斯-菲涅耳原理的數(shù)學(xué)表達(dá)）為：衍射的分類菲涅耳衍射(近場(chǎng)衍射)夫瑯和費(fèi)衍射(遠(yuǎn)場(chǎng)衍射)光源—障礙物

—接收屏至少有一個(gè)距離為有限遠(yuǎn)。光源—障礙物

—接收屏距離都為無限遠(yuǎn)。衍射系統(tǒng)由光源、衍射屏、接收屏組成。三費(fèi)涅耳衍射與夫瑯和費(fèi)衍射例在邁克耳遜干涉儀的兩臂中分別引入10厘米長(zhǎng)的玻璃管A、B

，其中一個(gè)抽成真空，另一個(gè)在充以一個(gè)大氣壓空氣的過程中觀察到107.2

條條紋移動(dòng)，所用波長(zhǎng)為546nm。求空氣的折射率？解：設(shè)空氣的折射率為n放入玻璃管后的光程差改變?yōu)橄噜彈l紋或說條紋移動(dòng)一條時(shí)，對(duì)應(yīng)光程差的變化為一個(gè)波長(zhǎng)，當(dāng)觀察到107.2條移過時(shí)，光程差的改變量滿足：邁克耳遜干涉儀的兩臂中便于插放待測(cè)樣品，由條紋的變化測(cè)量有關(guān)參數(shù)。精度高。作業(yè)P100~10110-2210-25預(yù)習(xí)10-9節(jié)和復(fù)習(xí)多個(gè)矢量的旋轉(zhuǎn)矢量合成法S*單縫衍射實(shí)驗(yàn)裝置屏幕10-9單縫和圓孔的夫瑯和費(fèi)衍射光源在透鏡L1的物方焦平面接收屏在L2象方焦平面實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明暗相間的平行于單縫衍射條紋；中央明紋明亮且較寬；兩側(cè)對(duì)稱分布著其它明紋。根據(jù)惠更斯－費(fèi)涅耳原理，觀測(cè)屏上任一點(diǎn)P的光強(qiáng)應(yīng)該等于單縫處沒有被阻礙的那部分波陣面上各點(diǎn)所發(fā)射子波在P點(diǎn)的相干疊加將衍射光束分成一組一組的平行光，每組平行光的衍射角（與原入射方向的夾角）相同衍射角不同，最大光程差也不同，P點(diǎn)位置不同，光的強(qiáng)度分布取決于光程差1用菲涅耳半波帶法解釋單縫衍射現(xiàn)象(開始考慮縫寬)最大光程差菲涅耳半波帶法相鄰波帶各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的光程差是入射單色光的半波長(zhǎng)λ/2任何兩個(gè)相鄰波帶上對(duì)應(yīng)點(diǎn)所發(fā)出的光線到達(dá)P點(diǎn)的光程差均為半波長(zhǎng)（即位相差為

），因此由相鄰波帶發(fā)出的衍射光線在P點(diǎn)相干疊加的結(jié)果會(huì)相互抵消。AA1A2A3BC波陣面AB能被劃分的波帶數(shù)目由最大光程差的大小決定！φ.AABACaxfφ12λ2.....A3P...1)AB面分成偶數(shù)個(gè)半波帶，出現(xiàn)暗紋AABACaxfφ12φλ2λ2λ2.....P2)AB面分成奇數(shù)個(gè)半波帶，出現(xiàn)亮紋..結(jié)論：分成偶數(shù)半波帶為暗紋。分成奇數(shù)半波帶為明紋。正、負(fù)號(hào)表示衍射條紋對(duì)稱分布于中央明紋的兩側(cè)3)當(dāng)時(shí)，為中央明紋（零級(jí)明紋）注意：1.光強(qiáng)分布當(dāng)

增加時(shí),光強(qiáng)的極大值迅速衰減中央兩側(cè)第一暗條紋之間的區(qū)域，稱做零極（或中央）明條紋，它滿足條件：2.中央亮紋寬度2振幅矢量合成法基本思路：將波面AB分成N等分，即N個(gè)面積元，則每個(gè)面元的寬度為a/N，對(duì)空間P點(diǎn)的振幅貢獻(xiàn)相等，由惠更斯－費(fèi)涅耳原理由上到下，光程依次增加在空間P點(diǎn)引起的光振動(dòng)相位依次落后相鄰兩光矢量之間夾角為ABCA1A3A2由矢量合成法則：矢量由A1到AN依次首尾相連，得到矢量A當(dāng)時(shí)，矢量為圓弧LM

弧長(zhǎng)為對(duì)應(yīng)圓心角為則半徑合矢量A為則中央明紋中心P0點(diǎn)處的合振動(dòng)振幅為－單縫夫瑯和費(fèi)衍射圖樣的光強(qiáng)分布討論：根據(jù)光強(qiáng)分布討論單縫衍射的明暗條紋位置（1）暗紋條件（2）明紋條件與半波帶法結(jié)果相同光強(qiáng)I