《光學(xué)國際》PPT課件

1、第十一章,波動光學(xué),上一張,下一張,返回,光的基本知識,光是電磁波，是橫波。可見光：頻率（3.97.5）1014Hz波長40007600光速：真空中299792458m/s(3108)介質(zhì)中u=c/n光強：2光矢量：E矢量,相干光的獲得：,1）波陣面分割：,2）振幅分割法：,托馬斯.揚實驗菲涅耳雙鏡實驗洛埃鏡實驗,牛頓環(huán)劈尖膜的干涉邁克爾遜干涉儀,上一張,下一張,返回,光的疊加,P323,2，相干光的疊加：,上一張,下一張,返回,定義2：為光程差。,意義：把光在不同介質(zhì)的問題，全部折算到真空中來。,上一張,下一張,返回,光程（Opticalpath）,光程差與相位差的關(guān)系：,干涉判據(jù):（P34

2、0）,上一張,下一張,返回,11-2楊氏雙縫干涉,英國，ThomasYoung(1773-1829),1.楊氏實驗,上一張,下一張,返回,1801年，托馬斯楊，判別光的波動性質(zhì)的關(guān)鍵性實驗。在觀察屏上有明暗相間的等間距條紋。,=2-1=r2-r1dsindx/D=k(明紋）,上一張,下一張,返回,揚氏雙縫干涉特點：,干涉條紋是平行線。明暗條紋的間距為xD/d光強分布：Imax=4I0，Imin=0,11-3薄膜干涉,日常生活中較常見。如：水面上的油膜，肥皂泡或昆蟲翅膀在陽光照射下呈現(xiàn)的彩色花紋就是薄膜干涉的結(jié)果。,肥皂泡上的彩色干涉條紋,油膜上的彩色干涉條紋,蟬翼上的彩色干涉條紋,上一張,下一

3、張,返回,光垂直入射：,明條紋：=k,暗條紋：=(k+1/2)(k),可見，同一級次（k一定）的條紋，對應(yīng)于薄膜上厚度相同點的連線，因此該種條紋稱為等厚干涉條紋。,上一張,下一張,返回,1，劈尖干涉,上一張,下一張,返回,很小，入射光垂直入射.,劈尖干涉,d,薄膜上下兩表面反射光的光程差為：,=2d+/2,明條紋：=k,暗條紋：=(k+1/2)(k),結(jié)論1，相臨條紋（明或暗）對應(yīng)的高度差為：,上一張,下一張,返回,條紋的間距:,asin=/2,相臨條紋對應(yīng)的高度差：,相臨條紋的間距：,與劈尖角有關(guān).,上一張,下一張,返回,劈尖干涉條紋特點：,明暗條紋平行于交棱，且同一條條紋對應(yīng)于同一個高度，

4、因而是等厚條紋。相臨條紋對應(yīng)的高度差為/2，故相臨條紋的間距a=/（2sin）=/（2），與劈尖角有關(guān)。越小，條紋越疏；越大，條紋越密。*若劈尖間介質(zhì)為n，則a=/（2n）交棱處為暗條紋。,上一張,下一張,返回,上一張,下一張,返回,劈尖干涉的應(yīng)用:,測波長或折射率或劈尖角。測定微細金屬絲的直徑（或薄膜厚度）。檢測金屬表面的光潔度。干涉膨脹儀。,判斷：A點是凹、凸？,答案：A點凸起。,上一張,下一張,返回,2，牛頓環(huán),上一張,下一張,返回,牛頓環(huán)的實驗裝置：,上一張,下一張,返回,12,=2n2e+(/2?),3，增透膜,薄膜上下兩表面反射光的光程差為：,1,當n1n2n3或n1n2n2n3時

5、,=2n2e+/2,上一張,下一張,返回,要使黃綠光增透，即：反射光光強最小，則光程差應(yīng)滿足：,增透膜,(暗條紋，k=0,1,2,),反射光中由于缺少黃綠光而呈藍紫色。,上一張,下一張,返回,許多現(xiàn)代化大樓的窗戶玻璃常常顯藍色，且樓外的人看不清大樓內(nèi)部的情況，而樓內(nèi)的人員卻可以看清樓外的情況，就是因為玻璃外表面有一層膜（對于射向大樓的藍光是增反膜）的緣故。,4.邁克爾遜干涉儀,上一張,下一張,返回,邁克耳遜干涉儀光路圖,S光源,G1-分光板,G2-補償板,M1,M2-平面反射鏡,M1為M1相對G1鍍銀層的虛象,上一張,下一張,返回,當M2與M1平行時，出現(xiàn)等傾干涉條紋。,當M2與M1有一夾角時

6、，出現(xiàn)等厚干涉條紋；,類似劈尖的等厚干涉條紋。,上一張,下一張,返回,等厚干涉條紋,從左到右的變化圖中，等厚條紋左移。,上一張,下一張,返回,等傾干涉條紋,當M2靠近M1（距離變?。r，條紋（等傾條紋）向內(nèi)收縮，（吞條紋）；反之，距離變大時吐條紋。,上一張,下一張,返回,只聞其聲，不見其人。,11-4光的衍射,波在前進中遇到障礙物時，能繞過障礙物的邊緣繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象，稱為波的衍射現(xiàn)象。,光能繞過障礙物的邊緣而偏離直線傳播,而且在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋,這種現(xiàn)象叫光的衍射。,上一張,下一張,返回,一.光的衍射現(xiàn)象：,(1690年),二、惠更斯菲涅耳原理（1818）,惠更斯：,菲涅耳：,波陣面

7、上各點都看成是子波波源.,能定性解釋光的傳播方向問題.,波場中各點的強度由各子波在該點的相干疊加決定.,能定量解釋衍射圖樣中的強度分布.,子波+相干疊加,上一張,下一張,返回,惠更斯菲涅耳原理(Huygens-Fresnelprinciple),上一張,下一張,返回,三、單縫衍射,上一張,下一張,返回,I0=100%I1=4.7%I2=1.62%I3=0.83%,只能看到有限的幾級明紋.,上一張,下一張,返回,中央明紋的線寬度：,（正比于波長，反比于縫寬）,上一張,下一張,返回,方孔衍射,上一張,下一張,返回,正三邊形孔,正六邊形孔,正四邊形孔,正八邊形孔,上一張,下一張,返回,方形網(wǎng)絡(luò)的衍射

8、圖樣：,上一張,下一張,返回,X射線是倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)的，它是在真空管中高速電子撞擊金屬靶時產(chǎn)生的一種射線，波長為0.1100，人眼看不見，具有很強的穿透能力。,上一張,下一張,返回,單縫衍射：,（單色光）,（白光）,上一張,下一張,返回,波長的測量方法：,（4）光柵光譜,（1）雙縫干涉,（2）單縫衍射,（3）邁氏干涉,上一張,下一張,返回,11-5衍射光柵,一、光柵,上一張,下一張,返回,上一張,下一張,返回,狹縫數(shù)N與譜線亮度和分布的關(guān)系：,結(jié)論：N越大，譜線越細越亮.,上一張,下一張,返回,光柵常數(shù)d=a+b,相鄰兩狹縫的相干光，到達Q點的光程差：,=dsin,二、光譜,上一張,下一

9、張,返回,光柵常數(shù)d=a+b,當相鄰兩狹縫的光到達Q點的光程差：=dsin,光柵衍射明條紋的條件：衍射角必須滿足（P369）,-光柵方程,dsin=k,(k),=k(k),Q點出現(xiàn)明條紋.,上一張,下一張,返回,光柵光譜特點：,1，明紋細而亮。光柵常數(shù)d越小，明紋分的越開.,光柵光譜的測量是測波長精度最高的實驗。要進一步提高測量精度，還可選用較小的光柵常數(shù)d.,2，最大明紋級次kd/,上一張,下一張,返回,白光照射,上一張,下一張,返回,一、光的偏振性,11-6光的偏振,上一張,下一張,返回,光矢量只沿某一固定方向振動的光為線偏振光。偏振光的振動方向與傳播方向組成的平面稱為振動面。,1、線偏振

10、光,上一張,下一張,返回,2、自然光,由于原子發(fā)光的獨立性與隨機性，對于普通光源所發(fā)的光，光矢量分布各向均勻。,各光矢量之間無固定的相位關(guān)系。,任何取向的一個光矢量都可分解為兩個相互垂直方向上的分量。,由于自然光的對稱性，所有取向的光矢量在這兩個方向上的分量的時間平均值彼此相等。,上一張,下一張,返回,3、部分偏振光,介于線偏振光與自然光之間的情形，可看成線偏振光與自然光的混合。,上一張,下一張,返回,4、表示方法：,自然光,線偏振光,部分偏振光,上一張,下一張,返回,二、偏振片,某些物質(zhì)吸收光振動有選擇性，自然光通過這類物質(zhì)時，只有一個方向的光振動吸收得最少，其他方向的光振動都被吸收，物質(zhì)的

11、這種性質(zhì)稱選擇吸收性或二色性。如：電氣石.,上一張,下一張,返回,利用這種物質(zhì)制成的透明薄膜，稱為偏振片.,偏振片只讓某一方向的光振動通過。該方向稱為偏振片的偏振化方向。,用“”表示.,自然光經(jīng)過偏振片后變?yōu)榫€偏振光。偏振片的作用：起偏和檢偏.,出射光強：,上一張,下一張,返回,1，自然光經(jīng)過偏振片后變?yōu)榫€偏振光。2，自然光可分解為兩個任意垂直方向上的、能量相等的獨立線偏振光。3，自然光經(jīng)過偏振片后，光強減半。,（1）起偏,自然光經(jīng)過偏振片后，出射光為線偏振光，且光強減半.但旋轉(zhuǎn)偏振片（起偏器），屏上亮暗無變化.,起偏器,I,I0,上一張,下一張,返回,（2）檢偏,線偏振光經(jīng)過偏振片后，透出光

12、為線偏振光，但光強為,I=I0cos2,為入射線偏振光和出射線偏振光,光振動方向之間的夾角.,I,I0,若旋轉(zhuǎn)偏振片（檢偏器）一周，,光強消光兩次。,上一張,下一張,返回,=900,=450,=00,上一張,下一張,返回,一束光經(jīng)過偏振片后的光強變化,1，自然光（I0）線偏振光，起偏I=I0/22，線偏振光(I0)線偏振光，檢偏I=I0cos2,總結(jié)：,上一張,下一張,返回,例1，一光束是自然光和線偏振光的混合。當它通過一偏振片時，發(fā)現(xiàn)透射光的強度取決于偏振片的取向，并可變化5倍。求入射光束中兩種光的強度各占總?cè)肷涔鈴姸鹊膸追种畮祝?解：設(shè)入射光束中自然光光強為I0，線偏振光的光強為I1，則通過偏振片后，,由題意,上一張,下一張,返回,自然光在兩種各向同性媒質(zhì)分界面上反射、折射時，反射光和折射光都是