第8章--波动光学3PPT课件
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波动光学光的偏振课件
详细描述
双折射是指光线在某些特定物质中传播时，由于电磁波的振动方向不同而产生不同的折射现象。实验 中，学生可以使用不同的晶体材料，如方解石、石英等，观察到光的双折射现象，并了解双折射的原 理。
光的偏振态实验
总结词
通过测量偏振光的光强分布，理解偏 振光的性质。
详细描述
实验中，学生可以使用偏振片和检偏 器来测量偏振光的光强分布。通过旋 转检偏器，学生可以观察到光强的变 化，从而理解偏振光的不同状态和性 质。
研究光的偏振状态和偏振光学元件的 应用，用于改善光学系统的成像质量 、提高光学信号的传输效率等。
衍射光学
利用光的衍射现象来设计光学元件和 系统，实现光束的聚焦、分束、成像 等功能，是现代光学和光电子技术的 重要基础。
波动光学的发展
波动光学的发展与光学技术和应用密 切相关，随着光学材料、光学仪器和 光电子技术的不断进步，波动光学的 研究和应用领域也在不断拓展。
除了实验测量外，还可以使用计算机模拟和数学模型来预测和解释光的 偏振行为。这些方法可以帮助我们更好地理解光的波动性质和光学现象 。
04
偏振光干涉
干涉现象
01
02
03
干涉现象
当两束或多束相干光波在 空间某一点叠加时，光波 的振幅会发生变化，产生 明暗相间的干涉条纹。
干涉条件
相干光波、有相同的频率 、有恒定的相位差。
偏振光可以反映物质的电磁性质和光学性质，有助于深入理解光 与物质相互作用的机制。
提高光学仪器性能
利用偏振光可以优化光学仪器的性能，提高成像质量和使用效果。
推动科技发展
偏振光在光学通信、生物医学、物理实验等领域具有广泛的应用前 景，对推动相关领域的发展具有重要意义。
双折射是指光线在某些特定物质中传播时，由于电磁波的振动方向不同而产生不同的折射现象。实验 中，学生可以使用不同的晶体材料，如方解石、石英等，观察到光的双折射现象，并了解双折射的原 理。
光的偏振态实验
总结词
通过测量偏振光的光强分布，理解偏 振光的性质。
详细描述
实验中，学生可以使用偏振片和检偏 器来测量偏振光的光强分布。通过旋 转检偏器，学生可以观察到光强的变 化，从而理解偏振光的不同状态和性 质。
研究光的偏振状态和偏振光学元件的 应用，用于改善光学系统的成像质量 、提高光学信号的传输效率等。
衍射光学
利用光的衍射现象来设计光学元件和 系统，实现光束的聚焦、分束、成像 等功能，是现代光学和光电子技术的 重要基础。
波动光学的发展
波动光学的发展与光学技术和应用密 切相关，随着光学材料、光学仪器和 光电子技术的不断进步，波动光学的 研究和应用领域也在不断拓展。
除了实验测量外，还可以使用计算机模拟和数学模型来预测和解释光的 偏振行为。这些方法可以帮助我们更好地理解光的波动性质和光学现象 。
04
偏振光干涉
干涉现象
01
02
03
干涉现象
当两束或多束相干光波在 空间某一点叠加时，光波 的振幅会发生变化，产生 明暗相间的干涉条纹。
干涉条件
相干光波、有相同的频率 、有恒定的相位差。
偏振光可以反映物质的电磁性质和光学性质，有助于深入理解光 与物质相互作用的机制。
提高光学仪器性能
利用偏振光可以优化光学仪器的性能，提高成像质量和使用效果。
推动科技发展
偏振光在光学通信、生物医学、物理实验等领域具有广泛的应用前 景，对推动相关领域的发展具有重要意义。
大学物理物理学波动光学PPT课件
一束光分解为振动面垂直的两束光。
S2
E
2、杨氏双缝干涉实验装置
1801年，杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个 波阵面以锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现 象。杨氏用叠加原理解释了干涉现象，在历史上第一次测定了 光的波长，为光的波动学说的确立奠定了基础。
3、双缝干涉的光程差
两光波在P点的光程差为 = r2-r1
?人的眼睛不能区分自然光与偏振光用于鉴别光的偏振状态的器件称为检偏器2偏振片是一种人工膜片对不同方向的光振动有选择吸收的性能从而使膜片中有一个特殊的方向当一束自然光射到膜片上时与此方向垂直的光振动分量完全被吸收只让平行于该方向的光振动分量通过即只允许沿某一特定方向的光通过的光学器件叫做偏振片
绪言
一、光学的研究内容 二、光的两种学说
薄膜干涉属于分振幅法
1、等倾干涉：
实验装置
在空气（或真空）中放入上
下表面平行，厚度为 e 的均 匀介质 n
光a与光 b的光程差为：
n(AB BC) (AD / 2)
光a有半波损失。
a
iD
b
n
A r
C e
B
由折射定律和几何关系可得出：
sin i nsin
AD ACsin i AC 2e tan n AB BC e / cos 代入 n(AB BC) (AD / 2)
光的干涉和衍射现象表明了光的波动性， 而光的偏振现象则显示了光是横波。光波作为 一种电磁波也包含两种矢量的振动，即电矢量 E和磁矢量H，引起感光作用和生理作用的是其 中的电矢量E，所以通常把E矢量称为光矢量， 把E振动称为光振动。
§8－1 光波及其相干条件
一、光波
1．光波的概念：
波动光学总结 PPT课件
1
2……) A A1 A2
加强
(2k 1)
A A1 A2 减弱
2
干涉的一般研究方法：
1）找出相干光； 2）计算相干光的光程差；
注意：半波损失问题！ 3）明暗纹条件； 4）分析条纹特点
（一） 双缝干涉 单色光入射
r1
· p x x
d
r2
x
o x0
x
I
D
d sin k k 0,1, 2L
碍物传播的现象。 惠-菲原理：波阵面上各点都可看成发射子波的波
源，衍射时波场中各点的强度由各子波
在该点的相干叠加决定
分类：
衍射屏
*S
a
观察屏
衍射屏 L
S
*
观察屏 L
（一）.夫琅禾费衍射：半波带法
中央明纹 asin 0
缝平面 透镜L
观察屏
பைடு நூலகம்
暗纹条件 a sin 2k ，k 1,2,3… 明纹条件 2
yy((xx,,tt))AAcocso[wst( kt
(x
kxx0)
波函数的求解：
0 )0]
u
T
2
T
k 2
u
●●选确定定参参考考点点x的0 振动方程 ● 写出△t时刻后某点的振动方程
注意： 振动曲线和波动曲线的区别
（二）机械波物理机制:
物体的弹性形变： 线变； 切变； 体变
1 平面波波动方程：
条纹分布特点：
入射光
反射光2 反射光1
· n A
n
e
n (设n > n )
(1)条纹等间距分布,相邻条纹间距 l 2n
(2) 相邻明（暗）纹薄膜厚度差 e
《波动光学》ppt课件
物理意义
马吕斯定律是定量描述偏振光通过检偏器后透射光强与入射线 偏振光和检偏器透振方向夹角之间关系的定律，是波动光学中 的重要公式之一。
晶体中双折射现象解释
双折射现象
当一束光入射到各向异性的晶体时，会分成两束光沿不同方向折 射的现象。
产生原因
晶体内部原子排列的规律性使得晶体具有各向异性，导致不同方向 上折射率不同。
研究中的应用。
03
非线性波动光学应ห้องสมุดไป่ตู้领域
概述非线性波动光学在光通信、光计算、光信息处理等领域的应用前景。
量子波动光学发展动态
量子波动光学基本概念
阐述光的量子性质及其与波动光学的关系，包括光子、量子态、量子纠缠等。
量子波动光学研究方法
介绍量子光学实验技术、量子信息处理方法等在量子波动光学研究中的应用。
薄膜干涉实验操作
阐述薄膜干涉实验的基 本原理和实验方法，包 括等厚干涉和等倾干涉 的实现方式及条纹特征。
衍射实验数据处理方法分享
衍射实验基本概念
解释衍射现象的产生条件和基本原理，介绍衍射光栅、单 缝衍射等实验方法。
01
衍射光栅数据处理
分享衍射光栅实验的数据处理技巧，包 括光栅常数、波长等参数的测量方法和 误差分析。
03
复杂介质中波动光 学应用领域
概述复杂介质中波动光学在生物 医学成像、环境监测与治理、新 能源等领域的应用前景。
06
实验方法与技巧指 导
基本干涉实验操作规范介绍
干涉实验基本概念
阐述干涉现象的产生条 件和基本原理，解释相 干光波的概念及获得方 法。
双缝干涉实验操作
详细介绍双缝干涉实验 的实验装置、操作步骤 和注意事项，以及双缝 干涉条纹的特点和分析 方法。
马吕斯定律是定量描述偏振光通过检偏器后透射光强与入射线 偏振光和检偏器透振方向夹角之间关系的定律，是波动光学中 的重要公式之一。
晶体中双折射现象解释
双折射现象
当一束光入射到各向异性的晶体时，会分成两束光沿不同方向折 射的现象。
产生原因
晶体内部原子排列的规律性使得晶体具有各向异性，导致不同方向 上折射率不同。
研究中的应用。
03
非线性波动光学应ห้องสมุดไป่ตู้领域
概述非线性波动光学在光通信、光计算、光信息处理等领域的应用前景。
量子波动光学发展动态
量子波动光学基本概念
阐述光的量子性质及其与波动光学的关系，包括光子、量子态、量子纠缠等。
量子波动光学研究方法
介绍量子光学实验技术、量子信息处理方法等在量子波动光学研究中的应用。
薄膜干涉实验操作
阐述薄膜干涉实验的基 本原理和实验方法，包 括等厚干涉和等倾干涉 的实现方式及条纹特征。
衍射实验数据处理方法分享
衍射实验基本概念
解释衍射现象的产生条件和基本原理，介绍衍射光栅、单 缝衍射等实验方法。
01
衍射光栅数据处理
分享衍射光栅实验的数据处理技巧，包 括光栅常数、波长等参数的测量方法和 误差分析。
03
复杂介质中波动光 学应用领域
概述复杂介质中波动光学在生物 医学成像、环境监测与治理、新 能源等领域的应用前景。
06
实验方法与技巧指 导
基本干涉实验操作规范介绍
干涉实验基本概念
阐述干涉现象的产生条 件和基本原理，解释相 干光波的概念及获得方 法。
双缝干涉实验操作
详细介绍双缝干涉实验 的实验装置、操作步骤 和注意事项，以及双缝 干涉条纹的特点和分析 方法。
8波动光学1
(1)
x l1 l 2 r2 r1 d D 3D x d
(2) (l 2 r2 ) ( l1 r1 ) k dx l 2 l1 k D
l1 r1 l 2 r2
( k 3)D x d
x
D
d
例3（1）用白光垂直照射空气中一厚度为 e=3800Å肥皂膜上，肥皂膜的折射率为 n=1.33，在可见光的范围（3900Å 7600Å),哪些波长的光在反射中增强？（2） 若用此白光垂直照射置于空气中的玻璃片， 已知玻璃片的厚度为0.5μm，折射率为 1.50，问在可见光的范围内，哪些波长的 透射光有最大限度的削弱？（8-7）
D, d恒定 x
若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。
(3) D,d一定时，由条纹间距可算出单色光的波长
方法一： xd /(kD)
方法二： xd / D
二 分波前干涉的其它一些实验
1 菲涅耳双面镜实验：
S d S 2
S1
M1
C
光栏
实验装置：虚光源 S1、 S2
S1 S 2 平行于 WW '
0 0 0 0 0
10
例4.折射率为1.60的两块标准平面玻璃板 之间形成一个劈尖（劈尖角很小），用波 长600nm的单色光垂直照射，产生等厚干涉 条纹，假如在劈尖内充满n=1.40的液体时 的相邻明纹间距比劈尖内是空气时的间距 缩小 l 0.5mm ，那么劈尖角应是多少？ （8-9）
l1
l2
2n1 sin
2n2 sin
sin 1.71 104
l1 l 2 0.5 103
AaF比BbF经过的几何路程长，但BbF在透镜中 经过的路程比AaF长，透镜折射率大于1，折算 成光程， AaF的光程与BbF的光程相等。
大学物理波动光学ppt课件
bb b
bbb
40
白光的衍射光谱
入射光为白光时，
不同，
不同，按波长分开形成彩色光谱.
k
称为色散现象
I
0 一级光谱
三级光谱
ab
二级光谱
sin
41
光谱分析
由于不同元素（或化合物）各有自己特定 的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发光物 质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定 量分析出元素的含量．
30
令透射比 吸收度
T I e cl I0
A logT cl loge
消光系数 loge
A cl
比色计 分光光度计 光谱分析
31
本章小结
干涉：杨氏双缝干涉 薄膜干涉、半波损失、光程
衍射：夫琅和费单缝衍射 光栅公式、半波带、缺级、色散
偏振：马吕斯定律、自然光、偏振光 旋光：左旋、右旋、比旋率 吸收：朗伯-比尔定律、吸收度
[ ]TD ：比旋率（度）
与物质性质、光波波长及溶液温度有关
旋光计 29
11.4 光的吸收
朗伯定律
dI Idl
α：吸收系数
I
dI
l
dl
I I0
0
ln I l
I0
I I 0 e l
dl
I0
I
朗伯-比尔定律
对溶液： c I I0e cl
条纹位置与波长的关系：
非单色光(白光) 色散 同级条纹中紫色靠中央,红色靠外边.
6
条纹间距（宽度）：
x D
d
单色光各级明、暗条纹宽度相同， 不同波长的光条纹宽度不同。
条纹亮度：
I
波 动 光 学
波动光学
1
光学是研究光的传播以及它和物质相互作用 问题的学科。 光学通常分为以下三个部分：
以光的直线传播规律为基础，主要 ▲ 几何光学：
研究各种成象光学仪器的理论。 研究光的电磁性质和传播规律， 特别 ▲ 波动光学： 是干涉、衍射、偏振的理论和应用。 以光的量子理论为基础， 研究光与 ▲ 量子光学： 物质相互作用的规律。
I 4 I 0 cos 2
2
(
d si n
2π )
I
光强曲线
-4 -2 -2 -1
4I0
-2 /d - /d
x 2
x 1
0 0 0 0
2 1
4 2
/d 2 /d sin
x1
x2
k
x
15
三. 干涉问题分析的要点：
（1）搞清发生干涉的光束； （2）计算波程差（光程差）； （3）搞清条纹特点： 形状、 位置、 级次分布、条纹移动等； （4）求出光强公式、画出光强曲线。
16
△ 四.
其他分波面干涉实验（自学书P128—129）
要求明确以下问题： 1.如何获得的相干光； 2.明、暗纹条件； 3.干涉条纹特点： 形状、间距、 级次位置分布； 4.劳埃镜实验说明了什么？ 重点搞清劳埃镜实验。
17
（temporal coherence） §3.3 时间相干性 一. 光的非单色性
· ·
2 2 2 I E0 , 又 I1 E10，I 2 E20
光强 I I1 I 2 2 I1 I 2 cos
干涉项
7
非相干光源： cos 0
I = I
1
+ I
2
—非相干叠加
1
光学是研究光的传播以及它和物质相互作用 问题的学科。 光学通常分为以下三个部分：
以光的直线传播规律为基础，主要 ▲ 几何光学：
研究各种成象光学仪器的理论。 研究光的电磁性质和传播规律， 特别 ▲ 波动光学： 是干涉、衍射、偏振的理论和应用。 以光的量子理论为基础， 研究光与 ▲ 量子光学： 物质相互作用的规律。
I 4 I 0 cos 2
2
(
d si n
2π )
I
光强曲线
-4 -2 -2 -1
4I0
-2 /d - /d
x 2
x 1
0 0 0 0
2 1
4 2
/d 2 /d sin
x1
x2
k
x
15
三. 干涉问题分析的要点：
（1）搞清发生干涉的光束； （2）计算波程差（光程差）； （3）搞清条纹特点： 形状、 位置、 级次分布、条纹移动等； （4）求出光强公式、画出光强曲线。
16
△ 四.
其他分波面干涉实验（自学书P128—129）
要求明确以下问题： 1.如何获得的相干光； 2.明、暗纹条件； 3.干涉条纹特点： 形状、间距、 级次位置分布； 4.劳埃镜实验说明了什么？ 重点搞清劳埃镜实验。
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（temporal coherence） §3.3 时间相干性 一. 光的非单色性
· ·
2 2 2 I E0 , 又 I1 E10，I 2 E20
光强 I I1 I 2 2 I1 I 2 cos
干涉项
7
非相干光源： cos 0
I = I
1
+ I
2
—非相干叠加
大学物理-波动光学-光的偏振(ppt模板)
解：设两光源的强度分别为I01、I02 I 01 I1 cos 2 30 2 I 02 I2 cos 2 60 2 I1 I 2
I 01 cos 2 60 1 2 I 02 3 cos 30
3偏振光的应用——旋光现象
线偏振光通过某些透明介质后，它的光振动方 向将绕着光的传播方向旋转某一角度 的现象，称 为旋光现象。这种介质称为旋光物质。如石英、糖 等。 迎着光的传播方向观察，光通过旋光物质时， 光矢量的振动方向按逆时针方向旋转，称为左旋偏 振光，相应物质称左旋物质；反之为右旋偏振光， 相应物质称右旋物质。
(i0 i )
n1 n2
i
n1 n2
i0
i
n1 n2
i
n1 n2
i0
n1 n2
n1 n2
i0
i i0
n2 i0 arctg n1
i0
i0
（C） （A） 玻璃门表面的 反光很强 （B） 用滤光镜减弱 了反射偏振光 用滤光镜消除了 反射偏振光 使 玻璃门内的人物 清晰可见
（2）二向色性—偏振片起偏 某些晶体（电气石、硫酸金鸡钠碱晶体等）对光 振动有强烈的选择性吸收能力，这种性质称为二向 色性。如电气石晶体对自然光的某一振动方向上的 光振动几乎完全吸收，而垂直于该方向的光振动只 稍微减弱后通过。 利用物质的二向色性制成的 起偏装置称为偏振片。
反射和折射过程会使入射的自然光有一定程 度的偏振化，因为反射光对光振动方向有选择性， 与入射面垂直的光振动容易反射。
自然光
i
部分 偏振光
n1
部分 偏振光
n2
布儒斯特定律 反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射 n 角等于某一特定值i0 ，且满足： tg i 0 2 n1 这时反射光成为线偏振光。 sin i 0 n2 tgi0 起偏振角 cos i 0 n1 i0 布儒斯特角 sin i 0 n2 又 sin n1 线偏振光 自然光 所以sin cos i 0 i0
I 01 cos 2 60 1 2 I 02 3 cos 30
3偏振光的应用——旋光现象
线偏振光通过某些透明介质后，它的光振动方 向将绕着光的传播方向旋转某一角度 的现象，称 为旋光现象。这种介质称为旋光物质。如石英、糖 等。 迎着光的传播方向观察，光通过旋光物质时， 光矢量的振动方向按逆时针方向旋转，称为左旋偏 振光，相应物质称左旋物质；反之为右旋偏振光， 相应物质称右旋物质。
(i0 i )
n1 n2
i
n1 n2
i0
i
n1 n2
i
n1 n2
i0
n1 n2
n1 n2
i0
i i0
n2 i0 arctg n1
i0
i0
（C） （A） 玻璃门表面的 反光很强 （B） 用滤光镜减弱 了反射偏振光 用滤光镜消除了 反射偏振光 使 玻璃门内的人物 清晰可见
（2）二向色性—偏振片起偏 某些晶体（电气石、硫酸金鸡钠碱晶体等）对光 振动有强烈的选择性吸收能力，这种性质称为二向 色性。如电气石晶体对自然光的某一振动方向上的 光振动几乎完全吸收，而垂直于该方向的光振动只 稍微减弱后通过。 利用物质的二向色性制成的 起偏装置称为偏振片。
反射和折射过程会使入射的自然光有一定程 度的偏振化，因为反射光对光振动方向有选择性， 与入射面垂直的光振动容易反射。
自然光
i
部分 偏振光
n1
部分 偏振光
n2
布儒斯特定律 反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射 n 角等于某一特定值i0 ，且满足： tg i 0 2 n1 这时反射光成为线偏振光。 sin i 0 n2 tgi0 起偏振角 cos i 0 n1 i0 布儒斯特角 sin i 0 n2 又 sin n1 线偏振光 自然光 所以sin cos i 0 i0
大学物理波动光学教学课件
偏振的应用与技术
01
光学成像技术
利用偏振现象可以改良光学成像的质量，如通过使用偏振眼镜来消除反
射光的影响，提高观看3D电影的视觉效果等。
02
光纤通讯技术
在光纤通讯中，利用偏振复用技术可以提高传输速率和传输效率，同时
也可以实现更远距离的传输。
03
光学信息处理技术
利用偏振现象可以实现光学信息处理，如光学图像处理、光学模式辨认
实验三：光的偏振实验
实验目的
通过实验视察和分析光的偏振现象，了解光的电磁性质。
实验原理
利用偏振片将自然光转化为偏振光，视察不同角度下偏振光的强度变化。
实验三：光的偏振实验
实验步骤
1. 准备实验器材：自然光源、偏 振片、检测器等。 2. 将自然光源通过偏振片转化为 偏振光。
实验三：光的偏振实验
3. 在检测器上视察不同角度下偏振光 的强度变化。
随着计算机技术和数值计算方法的不断进步，未 来波动光学的研究将会更加深入，有望解决一些 当前难以解决的问题。
未来波动光学将会与量子力学、光子学等领域更 加紧密地结合，有望开辟新的研究领域和应用场 景。
谢谢您的凝听
THANKS
VS
实验结果与分析：通过实验视察到不 同角度下偏振光的强度产生变化，分 析得出这是由于光的电磁性质导致的 。
06
总结与展望
总结
波动光学的基本概念
这部分内容主要介绍了波动光学的定义 、研究内容和研究意义。
波动光学的基本原理和方法
重点讲授了波动光学的基本原理、光 的干涉、衍射和偏振等基本概念，以
及波动光学的基本实验方法。
实验二：光的衍射实验
实验步骤
1. 准备实验器材：单色光源、单缝或圆 孔衍射装置、屏幕等。
第8章 波动光学
第14章 波动光学 23
二. 透镜不会引起附加的光程差（P204） 正薄透镜
光程1
S
光程2 光程3
2
多种介质
光程
ni ri
i
n1 n2 r1 r2
… …
ni ri
22
第14章 波动光学
例 用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条 缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹的 位置上。如果入射光波长为 550 nm 求 此云母片的厚度是多少？ 解 设云母片厚度为 d 。无云母片时，零级亮纹在屏上 P 点，
解 (1) 明纹间距分别为
D 600 5.893 10 x 0.35mm d 1 .0 D 600 5.893 104 x 0.035mm d 10
(2) 双缝间距 d 为 D 600 5.893 104 (2) d 5.4mm
6
2. 普通光原发光特点：间歇性 独立性
非相干(不同原子发的光) 非相干(同一原子先后发的光)
. .
二、 光的单色性
单色光：具有同一波长（频率）的光 （光学的理想化模型） 同一种原子组成的光源发出的 光波频率、波长有一定的宽度。
I I0 I0 /2 o
实际光 单色光
谱线宽度
—衡量谱线单色性好坏的物理量 越小，谱线的单色性越好
红光入射的杨氏双缝干涉照片
白光入射的杨氏双缝干涉照片
第14章 波动光学 15
二.洛埃镜 （掠入射）
E'
E
S1
S2
处理办法：
M
洛 埃 镜 的 干 涉
暗纹
?
思考：为什 么光程差公 式中出现了
二. 透镜不会引起附加的光程差（P204） 正薄透镜
光程1
S
光程2 光程3
2
多种介质
光程
ni ri
i
n1 n2 r1 r2
… …
ni ri
22
第14章 波动光学
例 用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条 缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹的 位置上。如果入射光波长为 550 nm 求 此云母片的厚度是多少？ 解 设云母片厚度为 d 。无云母片时，零级亮纹在屏上 P 点，
解 (1) 明纹间距分别为
D 600 5.893 10 x 0.35mm d 1 .0 D 600 5.893 104 x 0.035mm d 10
(2) 双缝间距 d 为 D 600 5.893 104 (2) d 5.4mm
6
2. 普通光原发光特点：间歇性 独立性
非相干(不同原子发的光) 非相干(同一原子先后发的光)
. .
二、 光的单色性
单色光：具有同一波长（频率）的光 （光学的理想化模型） 同一种原子组成的光源发出的 光波频率、波长有一定的宽度。
I I0 I0 /2 o
实际光 单色光
谱线宽度
—衡量谱线单色性好坏的物理量 越小，谱线的单色性越好
红光入射的杨氏双缝干涉照片
白光入射的杨氏双缝干涉照片
第14章 波动光学 15
二.洛埃镜 （掠入射）
E'
E
S1
S2
处理办法：
M
洛 埃 镜 的 干 涉
暗纹
?
思考：为什 么光程差公 式中出现了
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2
k
2
中央明纹 k1.2.3...明纹
k1.2.3..暗. 纹
非以上值： 介于明纹与暗纹之间
讨论：1. 光强分布
问题：当 增加时 光强的极大值迅速 衰减？
I
k级明纹中心满足
a sin （2k 1）
2
5λ 3λ
0
2a 2a
3λ 5λ sin
2a 2a
当 角增加时，半波带数增加，未被抵消的
半波带面积减少，所以光强变小；
（即位相差为） ，在P
点会聚时将一一抵消。
考察衍射角 0 的一束平行光，经透镜后
同相位地到达P0点，所以P0点振幅为各分 振动振幅之和，合振幅最大，光强最强。
sin
菲涅耳半波带法
B
A1 A2
A3
A
C
有三种情况： Ⅰ可分为偶数个半波带； Ⅱ可分为奇数个半波带； Ⅲ不能分为整数个半波带。
三个半波带
x02ftan12af 中央亮纹线
其它各级明条纹的宽度为中央明条纹宽度的一半。
中央亮纹角宽度为两个第一极小间的夹角。
asin k (k1 ,2 , ) 暗纹
asin1 sin11
0
1
a
中央亮纹半角宽度
缝越窄（ a 越小）， 就越大, 衍射现象越明显；
反之，条纹向中央靠拢。
0
1
a
中央亮纹半角宽度
亮纹
BC asin 3
菲
2
涅
耳 半
B . .. .C A1 .
波 带
a A 2.
x
.
P
A
f
四个半波带
暗纹
菲
BC asin 4
2
涅
耳 半 波 带
B. A1 .
.
.
.
.C
a
A 2. A 3.
x
.
A
P
f
结论：分成偶数半波带为暗纹。 分成奇数半波带为明纹。
单缝衍射明暗纹公式
0
(2k 1)
asin
2k
P
2
所以，惠更斯-菲涅耳原理解释了波为什么不
向后传的问题，这是惠更斯原理所无法解释的。
P点的光振动（惠更斯原理的数学表达）为：
d(E p)SA( K )co r tsk ()r dS
S
n
dS r
P
d(E p)A( K )cots(k)rdS
r
结论： 核心思想是：子波相干叠加的思想
解决衍射的问题，实质是一个积分问题。
3. 衍射现象的分类
菲涅耳衍射
A
光源—障碍物
S
—接收屏 光源
距离为有限远。
B
障碍物
夫琅禾费衍射
光源—障碍物
S
—接收屏 光源 距离为无限远。
A
B
障碍物
E
接收屏
E
接收屏
二、 单缝夫琅和费衍射
单缝衍射实验装置
L1
K
L2
E屏幕
S*
1.菲涅耳半波带：
用菲涅耳半波带法解释单缝衍射现象
将衍射光束分成一组一组的平行光，每组平行光的 衍射角（与原入射方向的夹角）相同
BC as in
衍射角不同，
最大光程差也 a
不同，P点位置 不同，光的强 度分布取决于 最大光程差
B(1)C Nhomakorabea(2)
(1 )
(2)
(1 )
A (2)
P0
x P
f
B
A1 A2
A3
A
菲涅耳半波带法
相邻平面间的距离是 入射单色光的半波长
C 任何两个相邻波带上对应
点所发出的光线到达BC 平面的光程差均为半波长
因为 sin k
a
所以衍射条纹宽度随波长的减小而变窄。
光源位置对条纹位置的影响 光源上下移动，条纹反向移动
例、一束波长为 =5000Å的平行光垂直照射
在一个单缝上。(1)已知单缝衍射的第一暗纹的衍
射角1=300，求该单缝的宽度a=?(2)如果所用的
单缝的宽度a=0.5mm，缝后紧挨着的薄透镜焦距 f=1m，求：(a)中央明条纹的角宽度；(b)中央亮 纹的线宽度；(c) 第一级与第二级暗纹的距离； (3)在(2)的条件下，如果在屏幕上离中央亮纹中心 为x=3.5mm处的P点为一亮纹，试求(a)该P处亮纹 的级数；(b)从P处看，对该光波而言，狭缝处的 波阵面可分割成几个半波带？
解： (1) a s in k (k 1 ,2 ,3 )
a第一s级i暗n1纹k0=.5 1, 12= 3010.0m
(2)已知a=0.5mm f=1m
(a)中央亮纹角宽度
sin
a
a
2 02 a 20.5 0 .5 1 m 3 0m 213 0 rad
(b)中央亮纹线宽度
xf2 02 1 3 0 m 2 mm
一、 光的衍射现象及其分类
1. 光的衍射现象 屏幕
屏幕
阴
影
缝较大时，光是直线传播的
缝很小时，衍射现象明显
光在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前
进,这种偏离直线传播的现象称为光的衍射现象。
2. 惠更斯-费涅耳原理
从波阵面上各点所发出的子波都是相干波源，
它们发出的波在空间某点相遇时相互叠加, 产
当缝宽比波长大很多时，形成单一的明条纹，
这就是透镜所形成线光源的象。
显示了光的直线传播的性质。
结论
几何光学是 波动光学在
a时的极限情况。
当 a大于，又不大很多时会出现明显的衍射现象。
如果用白光做光源，中央为白色明条纹，其两侧
各级都为彩色条纹。该衍射图样称为衍射光谱。
单缝位置对光强分布的影响
单缝上下移动， 条纹位置如何？
(c) 第一级暗纹与第二级暗纹之间的距离
x 2 1f(2 a a ) 1 (2 1 3 0 1 1 3 ) 0 m 1 mm (3)已知x=3.5mm是亮纹
(a) asin(2k1) 亮纹
sintg2x
f
k ax 1 3
f 2
(b)当k=3时，光程差
asi n(2k1)7•
22
狭缝处波阵面可分成7个半波带。
生干涉现象。 若取时刻t=0波阵面上各点发 出的子波初相为零，则面元
S
n
dS r
dS在P点引起的光振动为：
P
d(E p)A( K )cots(k)rdS
r
d(E p)A( K )cots(k)rdS
r
A----比例常数 K(θ)----倾斜因子
S
n
K() 0K()最大dS r
,K()0dE0
2. 中央亮纹宽度 a si n k
中央两侧第一暗条纹之间的区域，
称做零极（或中央）明条纹，
I
它满足条件：
asin
5λ
2a
3λ
2a
0
a
3λ
2a
5λ
2a
sin
A
I
a
xx
B
P
f
asin k (k1 ,2 , ) 暗 纹
asin 1
atg1
ax
f
一级暗纹条件
x f 一级暗纹坐标
a
x02ftan12af 中央亮纹线宽
条纹位置不变。
因为衍射角相同的光 a
O
线，会聚在接收屏的
相同位置上。
思考题：衍射屏为平行等宽双狭
缝，每一个缝的衍射图样、位置 a
O 一样吗？衍射合光强如何？
缝宽a对条纹分布的影响
因为
sin k
a
所以 a 变大，sin 变小，条纹变窄；
a 变小，sin 变大，条纹变宽。
波长对条纹分布的影响