光的干涉、衍射和偏振2012.3

§5-1光的干涉
1.干涉条件：频率相等、振动情况相同的两束光
1801 英国 托马 斯·杨
双缝 干涉
杨 氏 干 涉
2.杨氏双缝干涉实验
1、装置特点：
单缝 双缝 屏
1）双缝S1、S2到单缝S的距离相等 2）双缝很近 0.1mm
S1
S
2、①单缝的作用：获得线光源
②双缝的作用：
S2
双缝的作用是获得两个振动情况完全 相同的光源，叫相干光源(频率相同)
（2）薄膜干涉的应用 1） 检查表面的平整程度
单色光 标准样板 薄片 被检测平面
(a)
(b) 表面平整
(c) 有凹凸
注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度
1.方向性
激光是沿一定方向发射的一束很细的 光束，光束的发散角很小。光束在几公里 外，扩展范围也不过几厘米，这样好的方 向性是普通光源所无法达到的。可应用于 测距，通信和雷达等方面。
2.亮度
由于激光的方向性好，能量在空间沿 发射方向可高度集中，亮度比普通光源有 极大提高。另外，采用特殊措施的激光器， 还可以积累能量，引而不发，然后在极短 时间内发光。这样，将光束能量在时间上 高度集中，进一步提高了激光的亮度，可 利用激光进行打孔，切割和焊接等。
实验四:让光源的光通过用两片偏振片(起振器,检偏器)
光的偏振现象并不罕见．除了从光源（如 太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常 看到的绝大部分光，都是偏振光．自然光射到 两种介质的界面上，如果光入射的方向合适， 使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这 时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振 方向互相垂直．
4.薄膜干涉
（1）让一束光经薄膜的两个表面反射 后，形成的两束反射光产生的干涉现象 叫薄膜干涉．
现象解释
由于重力的作用，肥 皂薄膜将形成上薄下 厚的楔形。
光从薄膜的前后两 个表面反射出来两 个光波，这两列光 波的频率相同，产 生干涉。
前表面 后表面
白光的薄膜干涉条纹 ——水平彩色条纹
水面上的油膜呈彩色
7、将波长为λ的单色光从空气垂直入射到
折射率为n的透明介质膜上，要使透射光得
到加强，薄膜的厚度最少应为（ ）
A、λ/4n； B、λ/2n；
C、λ/4；
D、λ/2
§5-2光的衍射
单缝衍射条纹的特征
1、中央亮纹宽而亮． 2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗．
不同缝宽的单缝衍射 不同色光的单缝衍射
C、透过偏振片的光强在整个过程中都增强
D、透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
3：通过一块偏振片分别去观察电灯、蜡烛、
月亮、反光的黑板的光，当以入射光线为轴
转动偏振片时，能够观察到光线强弱有变化
的是（
C）D
A、电灯
ຫໍສະໝຸດ Baidu
B、蜡烛
C、月亮
D、反光的黑板
激光
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
自然光
....
偏振光
.
起偏器
检偏器
横波只沿着某一个特定的方向振动，称为波的偏 振．只有横波才有偏振现象。
什么是光的偏振现象?
实验二:让光源的光通过一片偏振片 (※)
现象:偏振片无论如何转动,光线不会发生变化 结论:在垂直于光的传播方向的平面内,光振动沿
任意方向振动的强度相同.
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
各种光的不同颜色，实际反映了它们不 同的波长（或频率）．用白光做双缝干涉实 验，由于白光内各种单色光的干涉条纹间距 不同，在屏上会出现彩色条纹．
红光
白光
白光的干涉图样
①明暗相间的彩色条纹； ②中央为白色亮条纹； ③干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的； ④在每条彩色亮纹中红光总是在外侧，紫光在内侧。
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零
4、光的偏振现象说明光是一种横波。
§5-1光的干涉
光到底是什么？……………
17世纪明确形成 了两大对立学说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
牛顿
19世纪初证明了 波动说的正确性
惠更斯
微粒说
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
波动说
这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”
A、a的上表面和b的下表面
B、a的上表面和b的上表面
C、a的下表面和b的上表面
D、 a的下表面和b的下表面
2.增透膜
在透镜表面涂上一层薄膜，当薄膜的 厚度等于入射光的在薄膜中的波长的 1/4时，从薄膜前后两表面反射回来 的光的路程差恰好等于半个波长，它 们干涉相消，减小了反射光的能量， 增强了透射光的能量，称为增透膜。
边对称亮度渐减弱
2、双缝干涉和单缝衍射都是光波叠加的结果，只 是干涉条纹是有限的几束光的叠加，而衍射条纹 可认为是极多且复杂的相干光的叠加。
光的偏振
1.横波与纵波的区别?什么是横波的偏振现象? 实验一:横波的偏振现象
取一根软绳，一端 固定在墙上，手持另一端 上下抖动，就在软绳上形 成一列横波.
腰横别扁担进不了城门
现象:光通过第一片偏振片后再转动第二片偏振片,光的强 弱会发生变化
结论:光也会发生偏振,说明光是横波.
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光
....
线偏振光 .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光
....
线偏振光 .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光
另一种实现光的干涉装置
•牛顿环
压紧两块小玻璃片可看到彩色环
白光
牛顿环
黄 光
（2）薄膜干涉的应用 1） 检查表面的平整程度
标准样板 空气薄层 待检部件
注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度
例、如图所示，是用干涉法检查某厚玻 璃的上表面是否平整的装置，所用单色 光做光源，检查中所观察到的干涉条纹 是由下列两个表面反射的光线叠加而成 的？ C
薄膜厚度
d
4
增透膜
2）增透膜：
镀层 薄膜
1、如右图是用干涉法检查某种厚玻璃的 上表面是否平的装置，所用单色光是用 普通光源加滤光片产生的，检查中所观 察到的干涉条纹是由哪两个表面反射的 光叠加而成的( ) A．a的上表面和b的下表面 B．a的上表面和b的上表面 C．a的下表面和b的上表面 D．a的下表面和b的下表面
光的 颜色
红
橙
黄
各色光在真空中的波长
波长 nm 770－620
光的 颜色
绿
620－600 蓝－靛
600－580
紫
波长 nm 580－490 490－450 450－400
红光波长最大，紫光波长最小
x L
d
2、在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏 上观察到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前 放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前 放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时： （C ） A、只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的 双缝干涉条纹消失． B、红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的 干涉条纹仍然存在． C、任何颜色的干涉条纹都不存在。 D、屏上无任何亮光．
6、有关光学仪器上镜头的增透膜，下列说法正 确的是： A．增透膜是为了减少光的反射损失而增强透光 的强度； B．增透膜的厚度等于入射光在真空中波长的； C．增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的； D．因为增透膜厚度一般选适合绿光反射相互抵 消的厚度，红光紫光反射不能完全抵消的厚度， 所以涂有增透膜的镜头呈淡紫色。
5、光的偏振的应用
如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游 鱼、玻璃橱窗里的陈列物的照片时，由于水面 或玻璃表面的反射光的干扰，常使景像不清 楚．如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片， 让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就 可以减弱反射光而使景像清晰．
1.如图所示，让太阳光通过遮光板M 中的小
孔S ，在M的右方放一偏振片P ，P 的右方 再放一光屏Q ，现以光的传播方向为轴逐渐 旋转偏振片P ，关于屏Q 上光的亮度变化情
1、自然光：
自然光:由光源(太阳、电灯等）直接发光而来。 特点：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向
振动的光，且各振动方向的光强相等。
I0
偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特 殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向 与透振方向平行的光波才能通过偏振片。
2、偏振光:在垂直于传播方向的平面内，只沿某 一个方向振动的光。反射光都是偏振光。
自然光
....
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
....
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
....
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
....
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
....
.
检偏器
实验三:让光源的光通过用两片偏振片(起振器,检偏器)
况，下列说法中正确的是 c
S
A、先变亮后变暗
B、先变暗后变亮 C、亮度不变
M
P
Q
D、光先变暗后变亮，再变暗，再变亮
2.两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面
以致没有光通过．如果将其中的一片旋转180度，在
旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象 A
（
）
A、透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零
B、透过偏振片的光强光增强，然后减少到非零的最 小值
圆屏衍射
泊松亮斑 不只是狭缝和圆孔，各种不同形状的物体都能 使光发生衍射，以至使影的轮廓模糊不清，其原 因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果．
钢针的衍射
圆孔衍射
圆屏衍射
圆盘衍射
圆孔衍射
光的干涉和光的衍射的比较 1、光的干涉和衍射图样区别 双缝干涉图样特点：明暗相间、等间距、等亮度 单缝衍射图象特点：明暗相间、中间较宽较亮，两
屏上形成的明暗相间条纹叫做干涉图样
2.杨氏双缝干涉实验 P
r
1
S1
r 2
S2
P1
P
1）实验现象：用红色光源
做实验，观察到明暗相间
的等间距干涉条纹。
2)光程差：r r r
2
1
明纹：r n；暗纹：r (2n 1)
2
3.条纹间距与波长的关系
△x
P1
S1 P
S2 L
x L
d
d表示两个狭缝之间 的距离，L为挡板与 屏间的距离．
§5-2光的衍射
1.光的衍射：光离开直线路径绕到障碍物 阴影区域内的现象叫做光的衍射。任何障 碍物都可以使光发生衍射，衍射现象是波 所特有的现象。 2.产生明显衍射的条件：障碍物或小孔的 尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长小。
圆孔衍射
A S
1、 孔较大时—— 屏上出现清晰的光斑
B
2、 孔较小时——屏上出 现衍射花样