江苏省南京物理竞赛讲义-10.7光的波动性

10.7光的波动性

一、光的波动性

1、光的本质是电磁波，是一种横波

2、光的偏振

产生感光作用和生理作用的是电

场，因此研究偏振时，电场振动方向为偏振方向。

二、光的干涉

干涉条件：光源频率相同，振动方向相同，相差恒定。

如图所示,光源S 1、S 2发出的两列相干光到达P

点发生叠加,和机械波一样,两列相干波叠加后的合振动的振幅为

:A =P 点引起的振动的相位差为：

121122112212222()2()()r r n r n r f f f f n r n r v v c c c c

ππϕππδ∆=-=-=-= 上式中1122n r n r δ=-为光程差。

当 k k Z δλ=∈时，振动增强 当1+ 2k k Z δλ⎛⎫

=∈ ⎪⎝⎭时，振动减弱 1、双缝干涉

两点光源到P 点的光程差为d x l

δ= 利用干涉增强和减弱的条件，可得：

明条纹： kl x k Z d

λ=∈暗条纹： 1+2 k l x k Z d λ⎛⎫ ⎪⎝

⎭=∈ 相邻明纹或相邻暗纹之间的间隔为：l x d

λ∆= 正中央的明条纹叫做零级明纹,往两侧依次是零级暗纹，一级明纹，一级暗纹……

例1、在双缝干涉装置中，双缝间距为0.2mm ，单缝位于双缝的中垂线上，屏与双缝的间距为1.0m 。如果用某单色光源照射，从光屏上测得第四级明条纹到中央明条纹的距离为1cm 。

（1）求该单色光的波长

（2）如果把其中一条缝用厚度为4.5μm 的透明玻璃板

挡住，结果发现第四级暗纹移到中央明条纹的位置，则该透

明板的折射率多大？

例2、如图所示的菲涅耳双棱镜实验中，已知棱镜折射率为n ，棱角α很小，设狭缝光源S 到棱镜距离为L 1．(1)求距棱镜L 2的屏上条纹的间距；(2)若用折射率为n'的肥皂膜遮住棱镜的一半，发现系统中心O 处的零级条纹移动了a ，求肥皂膜的厚度．

半波损失

光从光疏介质射入光密介质时（正射和掠射），反射光线会产生半波损失，即相位发生π的突变，折射光线相位不变。

在干涉问题中，如果有半波损失，需要考虑对光程差的影响。

例3、洛埃镜的结构如图所示，光源S 直接射到屏上的光线和经过平面镜反

射后射到屏上的光线发生干涉，试分析其干涉图样与双缝干涉的区别。

2、薄膜干涉

例4、增透膜。光学透镜为了增加透射光，必

须尽量减少反射光。在透镜表面镀一层增透膜，利

用薄膜干涉，使反射光发生相消干涉。如果照相机

镜头的玻璃折射率为1.5，所镀的增透膜折射率为

1.38，要求对可见光谱中心波长为5*10-7m 的光有最好的增

透效果，薄膜层至少要多厚？

例5、尖劈干涉。利用劈尖状空气隙的薄膜干涉可以检

测精密加工工件表面质量，并能测量表面纹路的深度．测量

的方法是：把待测工件放在测微显微镜的工作台上，使待测

表面向上，在工作表面放一块具有标准光学平面的玻璃，使其光学平面向下，将一条细薄片垫在工件和玻璃板之间，形成劈尖状空气隙，如图所示．用单色平行光垂直照射到玻璃板上，通过显微镜可以看到干涉条纹，若由于工件表面不平，观察中看到如图上部弯曲的干涉条纹．(1)请根据条纹的弯曲方向．说明工件表面的纹路是凸起还是凹下?(2)证明纹路凸起的高度(或下凹

的深度)可以表示为h=b

a 2 ，式中λ为入射单色口光的波长，a 、

b 的意义如图所示。

例6、牛顿环。如图所示，在一块光平的玻璃板B 上放一半径R 很大的平凸透镜A ，在A 、B 之间形成空气薄层，用平行光垂直射向平凸透镜时，在透镜表面产生一组干涉条纹，这些条纹是以接触点O 为中心的同心圆环，称为牛顿环．如果用λ=5903埃的光照射时，测得某一亮环的直径是3毫米，在它外边第