大学物理波动光学ppt课件

起人眼视觉和底片感光上起主要作用 .
可见光的范围
: 400 ~ 760nm : 7.51014 ~ 4.31014 Hz 3
相干光 普通光源的发光机制 1
激
En
发
态
跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
E h
2
P
t :
108
~ 1010 s
物 理
普通光源发光特点： 学
1、原子发光是断续的
2、振动方向不同
3、振动频率不同
4
杨氏双缝干涉实验
s1
sd

r1
r2
Bp
x
o
s 2 r
物 理
D
学
d D、x D
2 r2 r1

r

r2
r1

dSin

d
x D
5
明暗条纹的位置
D
k
x
d D (2k 1)
明纹 k 0,1,2, 暗纹 k 1, 2,
D
学
半波损失 ：光从光疏媒质（n较小）射向光密媒质（n较大）
时，反射光的相位较之入射光的相位跃变了 π ，相当于反
射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失。
折射光没有半波损失。
8
光程
真空中: C、 介质中: C' 、 '
同一束光在不同的介质中频率不变。
C C'
n C
理
当很小时,Sin tg x
学
f
中央明纹宽度 : 2 f 其它明纹宽度: f
a
a
各级明条纹亮度 16
光栅衍射
由许多等宽度、等距离的狭缝排列起来形成的光学元件.
衍射角
L

P
物 理
学
o
f
17
狭缝宽度：a 刻痕宽度：b
光栅常数：d=a+b
光栅衍射=单缝衍涉+多缝干涉
光栅公式（明条纹）
物
机 械 波
理 学
穿
过
狭
缝
19
自然光 偏振光
自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量 在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自 然光。
自然光以两互相垂直的、互为 独立的、振幅相等的光振动表示 , 并各具有一半的振动能量。
注意
C物 理 E学
二互相垂直方向是任选的。 各光矢量间无固定的相位关系。
L
A
P学
AB分割为三个半波带：
aSin 3
2
A1 A2 C
o
剩下一个半波带无法抵 消，所以P点为明条纹。
B /2
15
单缝衍射明、暗条纹的条件：
当aSin 2k k 时, 暗条纹
2
当aSin (2k 1) 时,
明条纹
2
物
(k 1,2,3...)
波动光学
物 理
学
1
本章要点
物
1. 杨氏双缝干涉、薄膜干涉
理
2. 夫琅和费单缝衍射、光栅衍射
学
3. 偏振、旋光
4. 半波损失、光程、自然光、偏振光
2
11.1 光的干涉
光是一种电磁波 电磁波是横波
平面电磁波方程
E

E0
cos
(t

r u
)
物

H

H0
cos (t

r) u
理 学
光矢量 用 E矢量表示光矢量, 它在引

光程差：δ=n2r2-n1r1 本质：把光在媒质中的传播折算成在真空中的传播。
物 理
相干光产生明、暗条纹的条件：
学
2k 或 k 时, 明条纹
(2k 1)
(k 0,1, 2,3...)
或 (2k 1) 时, 暗条纹
2
例1：例11-1
（a+b）Sinφ=±kλ
(k=0，1，2，3…) 物
缺级现象
理
单缝衍射为暗条纹时，即aSinφ=±k’λ时，干涉出 学
现缺级。
k a b k' 即（a+b）/a为整数时，发生缺级。 a
光栅衍射光偏振
光的波动性
干涉、衍射。
光波是横波
偏振、旋光。
机械横波与纵波的区别
物
d
2
理
条纹位置与波长的关系：
学
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，
物
不同波长的光条纹宽度不同。
理
学
条纹亮度：
I

4I1Cos2
(

d D
x)
各级明条纹亮度相同。
7
洛埃镜实验
P'
P
s1
物
d
ML
理
s2
10
薄膜干涉
当 n2 n1 时
2nd-
2
k
(2k 1)
2 (k 0,1,2,3...)
加强 减弱
n1
n2 n1
物 理 学
注意
考虑半波损失时，附加光程差取 / 2 均可，符号不
同，k 取值不同，对问题实质无影响.
11
增透膜 例2：例11-2
n3 n2 n1
23
物
n1
氟化镁 n2
d
理 学
玻璃 n3 n2
12
11.2 光的衍射
衍射现象： 只有当波长与障碍物的线度可比拟 时，才能观察到明显的衍射现象。
惠更斯-菲涅尔原理
子波干涉
夫琅和费单缝衍射：光源、单缝、屏幕距离无穷远 物
缝宽a、波长λ、焦距f、衍射角φ
理
S
L1 R
a
L2

P
学
x
O
f
13
Lf
衍射角
物
'
C' '
理
'
n
学
2 r 2 nr '
即光在介质中传播r的波程与其在真空中
传播nr的波程产生的相位差相同.
9
光程：nr
2 ( r2 r1 ) 2 ( n 2r2 n1r1 )
2 1

2 n 2r2 n1r1
它们偏振化方向间的夹角为30 时 , 一束单色自然光穿过它
A
P
a
C
B
a sin
o
物 理
学
对称轴上为中央明条纹
P点的干涉结果由A、B的光程差BC=aSinφ决定
14
半波带法 半波带： BC上半个波长
在AB上对应的部分。
L
A
A1
P
AB分割为两个半波带：
aSin 2
对应点的光程2差为
C
B /2
o
物 理
λ/2，所以互相抵消， P点为暗条纹。
符号表示
20
完全偏振光（线偏振光）：
光振动只沿某一固定方向的光。
E
C 振动面
符号表示
物 理 学
部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直方向上的
光振动占优势的光为部分偏振光。
符号表示
21
偏振片 起偏与检偏
二向色性 :某些物质能吸收某一方向的光振动 ,
而只让与这个方向垂直的光振动通过。
偏振片 ：涂有二向色性材料的透明薄片。
物
偏振化方向 ：偏振片中能让光振动通过的某一
理
特定方向。
学
起
偏 I0
起偏器
1 2 I0 偏振化方向
22
检 偏
起偏器
检偏器
物 理 学
23
马吕斯定律 N
起偏器
N
M
E
E0
I0
M EI
E0
E E0 cos
检偏器 物
I I0

E2 E02
理 学
I I0 cos2
24
例4 有两个偏振片,一个用作起偏器, 一个用作检偏器. 当