大学物理第十七章波动光学A(1)

第十七章波动光学基础17-1光源光的相干性一,光是一种电磁波平面电磁波方程光矢量(E矢量)：对人的眼视觉或感光仪器起主要作用。真空中的光速P21普通光源发光特点：原子发光是断续的,每次发光形成一个短短的波列,各原子各次发光相互独立，各波列互不相干。二、光源发光可见光波长范围可见光颜色对照三、光的相干性1.光与机械波相干性比较。相同：相干条件振动方向相同频率相同相位差恒定不同：机械波源与光波波源特征不同容易满足相干条件难以满足相干条件2.光的干涉和波的干涉原理及计算都相同。四.获得相干光的基本方法(1)分波阵面法将同一波面上两不同部分作为相干光源S*S1S2将透明薄膜两个面的反射(透射)光作为相干光源(2)分振幅法(分振幅~分能量)PLC34E5A1B2五.光程相位差和光程差光在真空中的速度光在介质中的速度真空中的波长介质的折射率介质中的波长1.同一介质中相位差和波程差的关系波程差相位差干涉现象决定于两束相干光的位相差,如光在同一介质中传播则决定于两束光的波程差。分成的两个点光源S1，S2发出的光波在P点相遇讨论:2.不同介质中相位差和波程差的关系光程差光在真空条件下的波长光在不同介质中传播则决定于两束光的光程差。定义：光程差真空中波长结论两束相干光通过不同的介质时，位相差不能单纯由几何路程差决定,而是由光程差决定。设法将光在介质中传播的距离折合成光在真空中的距离，AB3.透镜不引起附加的光程差AB焦平面常见情况：(1)真空中加入厚d的介质、产生附加光程差dn(2)光由光疏介质(n较小)射到光密介质(n较大)界面上反射时附加干涉加强六.相长干涉和相消干涉的条件(与波的干涉公式一致)干涉减弱实验装置p波程差17-2由分波前法产生的光的干涉1.杨氏双缝实验明暗明暗明纹暗纹条件Ik=+1k=-2k=+2k=0k=-1S*条纹特点S2**S11.明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧。2.相邻明条纹和相邻暗条纹等间距，与干涉级k无关。条纹中心间距条纹中心间距变化3.若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。(1)一定时，若变化,则将怎样变化？(2)一定时,条纹间距与的关系如何？　例1在杨氏双缝干涉实验中，用波长=589.3nm的纳灯作光源，屏幕距双缝的距离D=800mm，问：　(1)当双缝间距１mm时，两相邻明条纹中心间距是多少？(2)假设双缝间距10mm，两相邻明条纹中心间距又是多少？解:(1)d=1mm时(2)d=10mm时　例2以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m.(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5mm，求单色光的波长；(2)若入射光的波长为600nm,中央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？解(1)(2)例3：在双缝干涉实验中，用折射率的玻璃膜蕧盖在一条缝上，这时屏上的第七条明纹移到原来的中央明纹的位置上，若入射光波长为，求玻璃膜的厚度。解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差由第七条明纹出现在原来的中央明条纹处可知：由前式可知：光程差与干涉条纹位置的关系两边取变化量加入介质后光程差：代入上式就可求出tP61917-3-2解：光程差变化量条纹位置变化量光程差变化量：位置变化量2.洛埃镜介绍:PML半波损失：光由光疏介质掠入射于光密介质时,反射光位相突变（多走）D17-3由分振幅法产生的干涉---薄膜干涉1.平行平面膜干涉PLDC34E5A1B2作辅助线CD上 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面光线从光疏介质到光密介质PLDC34E5A1B2光程差减弱加强讨论：由公式可以推出等厚、等倾干涉两种情况，还可以推出垂直入射的情况。附加的光程差根据具体情况而定。上式仅适用于的情况(1)薄膜厚度均匀(e一定)随入射角i变化同一入射角i对应同一干涉条纹干涉条纹为一组同心圆环等倾干涉薄膜同一厚度处对应同一干涉条纹薄膜不同厚度处对应不同干涉条纹等厚干涉(2)入射角i一定(平行光入射)，随薄膜厚度e变化(3)关于透射光的光程差透射光4,5的光程差上式仅适用于：PLDC34E5A1B2同等情况下，在反射光的光程差和透射光的光程差相差。见p576(4)当光线垂直入射时光的干涉当时当时(5)应用增透膜利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。增反膜利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。取氟化镁为增透膜例1：利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率.为了增加透射率,求氟化镁膜的最小厚度.已知空气氟化镁减弱解23玻璃解(1)例2一油轮漏出的油(折射率=1.20)污染了某海域,在海水(=1.30)表面形成一层薄薄的油污.(1)如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为460nm,则他将观察到油层呈什么颜色?(2)如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层呈什么颜色?绿色(2)透射光的光程差红光紫光紫红色2.等厚干涉(1)劈尖干涉MS劈尖角明纹暗纹光程差楞边处d=0条纹特点:平行于棱边，明、暗相间条纹。θlek+1eek(1)相邻两明纹（或暗纹）间的厚度差(2)相邻明(暗)条纹间距(3)劈尖干涉的应用----测膜厚己知sio2的折射率n=1.46，并介于空气与硅的折射率之间，用的绿光垂直照射劈尖膜时，劈尖斜坡顶点处恰好是第七条暗纹，求sio2膜的厚度解：由于，绿光在sio2膜上、下表面反射时均有半波损失，光程差满足暗纹条件：第七条暗纹对应k=6膜的厚度例1:波长为680nm的平行光照射到L=12cm长的两块玻璃片上，两玻璃片的一边相互接触，另一边被厚度Ｄ=0.048mm的纸片隔开.试问在这12cm长度内会呈现多少条暗条纹？解共有142条暗纹共有141条明纹空气讨论：以明条纹条件为例两边取无穷小量当条纹级数改变一级某处厚度改变。条纹左移一级厚度增加,条纹右移一级厚度减少劈尖干涉条纹的移动检验光学元件表面的平整度判断待测平板上表面缺陷是凸形的(2)牛顿环显微镜SLM半透半反镜T明纹暗纹Rrd光程差Rrek明环半径暗环半径条纹内疏外密Rrek例1:已知：用紫光照射，用显微镜测得由中心往外数第k级明环的半径,k级往上数第16个明环半径，平凸透镜的曲率半径R=2.50m求：紫光的波长？解：根据明环半径公式：测量透镜的曲率半径观察暗环半径半波损失需具体问题具体分析.17.3.5(P620)提示：存在如下关系式o1o2R1R2e1e2rrre2e1o2o1R2R1存在如下关系式17-4迈克耳孙干涉仪单色光源反射镜反射镜补偿板分光板移动导轨反射镜反射镜单色光源光程差的像当不垂直于时，可形成劈尖型等厚干涉条纹.反射镜反射镜单色光源迈克耳孙干涉仪的主要特性(1)两相干光束完全分开；(2)两光束的光程差可调；(3)利用可以进行精密测量。和之间距离有微小变化就会引起条纹明显移动移动反射镜将移动一个条纹干涉条纹的移动当与之间距离变大时，圆形干涉条纹从中心一个个长出,并向外扩张,干涉条纹变密；距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀。插入介质片光程差光程差变化光程差应用：介质片厚度测量干涉条纹移动数目介质片厚度例:在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入长的玻璃管，其中一个抽成真空，另一个则储有压强为的空气,用以测量空气的折射率.设所用光波波长为546nm，实验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气，直至压强达到为止.在此过程中，观察到107.2条干涉条纹的移动，试求空气的折射率.解已知应用举例光的干涉条纹的形状、明暗、间距敏感依赖于：波长、几何路程、…...介质情况干涉现象广泛应用于：测长度或长度变化测介质折射率检测光学元件表面，表面处理测光波波长作业：第三小组P61517.1.517.3.117.3.4