第十七部分波动光学.ppt

第十七章第十七章第十七章第十七章 波动光学波动光学波动光学波动光学第十七章第十七章 波动光学波动光学主要内容主要内容第一讲：相干光、分波面法干涉第一讲：相干光、分波面法干涉第二讲：分振幅法干涉第二讲：分振幅法干涉第三讲：单缝衍射第三讲：单缝衍射第四讲：圆孔衍射、衍射光栅第四讲：圆孔衍射、衍射光栅第五讲：光的偏振第五讲：光的偏振第一讲：相干光、分波面法干涉第一讲：相干光、分波面法干涉第一讲：相干光、分波面法干涉第一讲：相干光、分波面法干涉本次课内容本次课内容本次课内容本次课内容17-1 17-1 17-1 17-1 相干光相干光相干光相干光 17-217-217-217-2杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验课本课本课本课本P106--115P106--115P106--115P106--115第第第第17171717章章章章 波动光学波动光学波动光学波动光学一、光波一、光波真空中真空中介质中介质中介质的折射率介质的折射率17-117-117-117-1 光的电磁理论光的电磁理论光的电磁理论光的电磁理论 光的相干性光的相干性光的相干性光的相干性“光波是电磁波光波是电磁波” 光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用）的作用）的作用）的作用）的是是是是 E E E E 矢量，称为光矢量。

矢量，称为光矢量矢量，称为光矢量矢量，称为光矢量E E E E 矢量的振动矢量的振动矢量的振动矢量的振动称为光振动称为光振动称为光振动称为光振动二、光矢量和光强二、光矢量和光强二、光矢量和光强二、光矢量和光强 在波动光学中，主要讨论的是相对光强，因此在波动光学中，主要讨论的是相对光强，因此在同一介质中直接把光强定义为：在同一介质中直接把光强定义为： 在光学中，通常把平均能流密度在光学中，通常把平均能流密度 称为光强，称为光强，用用I I表示1 1 1 1、光的相干性、光的相干性、光的相干性、光的相干性要使两列波在要使两列波在P P处产生相干叠加处产生相干叠加两列波相干的条件：两列波相干的条件：（（1 1）频率相同）频率相同（（2 2）振动方向相同）振动方向相同（（3 3）具有固定的位相差）具有固定的位相差图图 1 两列波的叠加两列波的叠加三三三三. . . . 光源光源光源光源、相干光源、相干光源、相干光源、相干光源2 2 2 2、普通、普通、普通、普通光源光源光源光源的发光机制的发光机制的发光机制的发光机制光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子  = (E2-E1)/hE1E2辐射跃迁辐射跃迁波列长波列长 L =   c辐射波辐射波辐射波辐射波普通光源：普通光源：自发辐射自发辐射• 发光的间隙性发光的间隙性• 发光的随机性发光的随机性独立独立(不同原子发的光不同原子发的光)独立独立( 同一原子先后发的光同一原子先后发的光 )结论：结论：结论：结论：两个独立的光源不可能成为一对两个独立的光源不可能成为一对两个独立的光源不可能成为一对两个独立的光源不可能成为一对 相干光源相干光源相干光源相干光源原因：原因：原因：原因：原子发光是随机的，间歇性的，两列原子发光是随机的，间歇性的，两列原子发光是随机的，间歇性的，两列原子发光是随机的，间歇性的，两列 光波的振动方向不可能一致，周相差光波的振动方向不可能一致，周相差光波的振动方向不可能一致，周相差光波的振动方向不可能一致，周相差 不可能恒定。

不可能恒定不可能恒定不可能恒定两束光两束光不相干！不相干！光源光源光源光源A A光源光源光源光源B Ba 分波前的方法分波前的方法 杨氏干涉杨氏干涉b 分振幅的方法分振幅的方法 等倾干涉、等厚干涉等倾干涉、等厚干涉c 分振动面的方法分振动面的方法 偏振光干涉偏振光干涉3 3、、普通光源获得相干光的途径（方法）普通光源获得相干光的途径（方法）分波面法分波面法分振幅法分振幅法·原则原则原则原则: : : :同出一源同出一源同出一源同出一源, , , ,自身相干自身相干自身相干自身相干pS * *pS S * *薄膜薄膜相位差相位差相位差相位差假定假定图图 1 两列波的叠加两列波的叠加四四四四. . . . 光程和光程差光程和光程差光程和光程差光程和光程差 则：光程表示在相同的时间内光在真空中通过则：光程表示在相同的时间内光在真空中通过 的路程的路程表示两束光的光程差表示两束光的光程差表示两束光的光程差表示两束光的光程差则：则： δ= nδ= n2 2r r2 2—n n1 1r r1 1定义：光程定义：光程= nr== nr=cr/ucr/u=ct=ct又又 因为：因为：= =0 0/n/n则：则：即：光程这个概念可将光在介质中走过的路程，折算即：光程这个概念可将光在介质中走过的路程，折算 为光在真空中的路程为光在真空中的路程不同光线通过透镜要改变传播方向，不同光线通过透镜要改变传播方向，会不会引起附加光程差？会不会引起附加光程差？即： A、B、C 各点到 F 点的光程都相等？ AaFAaF 比比BbFBbF 经过的几何路程长，但经过的几何路程长，但BbFBbF在在透镜透镜中经过的路程比中经过的路程比AaFAaF长，透镜折射率大于长，透镜折射率大于1 1，折算，折算成光程，成光程， AaFAaF的的光程与光程与BbFBbF的的光程相等。

光程相等使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差问：结论：答： 17-217-217-217-2 分波前干涉分波前干涉分波前干涉分波前干涉1 1、实验装置及现象、实验装置及现象 一、杨氏双缝干涉实验一、杨氏双缝干涉实验k=+1k=-2k=+2k= 0k=-1S1S2S***I干涉干涉条纹特点条纹特点：(1)(1)明暗相间的条纹明暗相间的条纹对称分布于中心对称分布于中心O O点两侧点两侧；；(2)(2)相邻明相邻明条纹条纹和相邻暗条纹和相邻暗条纹等间距；等间距；2 2、实验现象分析、实验现象分析D >> d两两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距附：若用复色光源，则干涉条纹是彩色的附：若用复色光源，则干涉条纹是彩色的 （干涉光谱）（干涉光谱）二二 其他分波阵面的干涉其他分波阵面的干涉1、、 菲涅耳双面镜实验：菲涅耳双面镜实验：挡光板装置：装置：S S：：光源光源M M1 1、、M M2 2 ：：平面镜平面镜2 2、洛埃镜实验、洛埃镜实验 当屏幕当屏幕 E E 移至移至E'E'处，从处，从 S S1 1和和 S S2 2 到到 L L点的光程点的光程差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射时有半波差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射时有半波损失存在。

损失存在装置：装置： S S1 1：：光源光源 MLML：：平面镜平面镜挡光板问：原来的零级条纹移问：原来的零级条纹移至何处？若移至原来的至何处？若移至原来的第第 k k 级明条纹处，其厚级明条纹处，其厚度度 h h 为多少？为多少？例：已知：例：已知：S S2 2 缝上覆盖的介质厚度为缝上覆盖的介质厚度为 h h ，，折射率为折射率为 n n ，，设入射光的波长为设入射光的波长为 . . 解：从解：从S S1 1和和S S2 2发出的相干光所对应的光程差发出的相干光所对应的光程差当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：所以零级明条纹下移所以零级明条纹下移原来原来k k 级明条纹位置满足：级明条纹位置满足：设有介质时零级明条纹移设有介质时零级明条纹移到原来第到原来第 k k 级处，它必须级处，它必须同时满足：同时满足：本本 次次 课课 完完。