大学物理波动光学优秀课件

应用：
测量光的波长；测量平凸透镜的曲率半径；检查透镜的质量
三、等倾干涉
不同倾角的透射光穿过等厚薄膜产生干涉
四、干涉现象的应用
测定气态物质的折射率
检查表面质量
a
测量长度的微小变化
牛顿环测平凸透镜的曲率半径
镀膜光学元件
b
§10－7 迈克耳孙干涉仪 时间相干性
一、迈克耳孙干涉仪
M
M1 2
2
G1
G2
光源
•• •
•• •
部分偏振光：透射光发生明暗变化
三、马吕斯定律
定量研究线偏振光通过偏振片后光强的变化规律
自然光 2I0
P1 I0
P2
E// E0
E
I I0co2s
——马吕斯定律
§10－2 反射光和折射光的偏振
1、反射光中垂直振动强于平行的振动； 2、折射光中平行的振动强于垂直振动； 3、反射光、折射光偏振化的程度随入射角变化。
f
1
M2 1
2 T
M1与M2严格垂直——等倾干涉 记下平移的距离,可测量入射光的波长 d N
2
M1与M2不垂直——等厚干涉
迈克耳孙干涉仪的应用
•测样品参数 •测定光谱线的波长； •测定远距离星体的直径以及检查透镜和棱镜的光学质量
二、时间相干性
1、光源发光特点
2、相干长度——波列长度 L
3、相干时间——原子发光的持续时间 Δt
D
d
暗条纹(中心)位置： xD (k1) (k0,1,2, )
d2
3、同类条纹间距： x D
d
4.光强分布曲线
5、干涉条纹的特点
双缝干涉条纹是与双缝平行的一组明暗相间彼此等间距的直条纹，对称 分布。
6、讨论 xD /d
（1）波长及装置结构变化 ①光源S位置改变 ②双缝间距d 改变 ③双缝与屏幕间距D 改变 ④入射光波长改变
iD B
n2 A
Ee
n1
C
F
e
2e/2k 2e/2(2k1 )/2
明纹中心 暗纹中心
特点： 劈尖干涉条纹是一系列等间距、明暗相间的平行直条纹
空气劈尖相邻明条纹对应的厚度差： e/2
若劈尖间是折射率为 n2 的介质，则： e/(2n2)
明纹或暗纹之间间距 x/(2n2)
2、牛顿环
反射光干涉公式
2e 2＝ k 2 k1 2
相遇点分振动的相位差： 212r2r1
2k 干涉相长
(2k1) 干涉相消
若 1 2
δr2r1 波程差
§10－4 光波的叠加 光程
一、光波的相干叠加
相干光必须满足的条件：光振动的频率相同，振动方向 相同，相位差恒定。
II1I22I1I2cos
Imax( I1 I2)2 Imi n( I1 I2)2
可见度
V Imax Imin Imax Imin
光强分布曲线，以及干涉图样
二、光波的非相干叠加
1、普通光源的发光机制——自发辐射 2、普通光源的发光特点——间歇性、无规则性 3、从普通光源获得相干光的方法
分波振面法
分振幅法
三、光程
光程：光在媒质中传播的距离与媒质折射率的乘积
Lnx
意义：把光波在媒质中传播的距离折算为在相同 时间内在真空中传播的相应距离
n1
i
n2
r
布儒斯特定律 入射角为某一特定值时，反射光中只有垂直振动
这个特定的角称为布儒斯特角； tan i0
n2 n1
此时折射光仍为部分偏振光；
n1
i 0 i'
此时反射光与折射光互相垂 直。
n2
r
§10－3 光的双折射现象
一、双折射现象——同一束光线通过折射后分为两束的现象
方解石
e光 O光
自然光
光程差：两个相干光的光程之差
S1
r1
P
x
S2
r2
注意：考虑反射可能引发的半波损失
使用薄透镜不引起附加光程差
§10－5 双缝干涉
一、杨氏双缝干涉
二、 干涉图样分析
1.干涉条纹的形状：与双缝平行的一组明暗相间彼此等间
距的直条纹，对称分布
P
r1
2.明、暗条纹位置
S1
x
d
r2
r1
xd D
S2
r2
O
明条纹(中心)位置： x D k
k1,2,3, ,明 纹 k0,1,2, 暗 纹
反射牛顿环半径
R曲率半径
r (2k1)R
2
k1,2,3明环中心
o
（反射光牛顿环）讨论:
中心为暗环，级次最低。 离开中心越远，圆条纹间距越小。 透射光干涉条纹与反射光的明暗互补。 用白光时将产生彩色条纹。 玻璃片与平凸透镜间距变化
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光矢量的振动相对于传播方向的不对称性，称为光的偏振性。 1、线偏振光（完全偏振光）
2、自然光 3、部分偏振光
偏振度
二、偏振片的起偏和检偏
1、偏振片工作原理
只允许沿某一特定方向的光矢量通过的光学器件
2、起偏
具有竖直偏振方向 的偏振膜
自然光
偏振化方向
偏振光
3、检偏（旋转偏振片） 自然光：透射光强度不发生变化 线偏振光：透射光发生明暗变化
Lct
§10－8 惠更斯——菲涅尔原理
屏
幕
一、光的衍射现象
（2）介质的影响
①在S1后加透明介质薄膜 ②把整个实验装置置于折射率为n的介质中
三、 双缝性的其它干涉装置 1、菲涅耳双面镜干涉实验
两个虚光源的干涉现象
2、洛埃镜实验 实光源与虚光源的 干涉现象
反相位的相干光源
§10－6 等厚干涉和等倾干涉
一、薄膜干涉
薄膜干涉属于分振幅法 光程差
2en 2 2n 1 2si2n i 2＝ k 2 k1 2
k 1,2,3, ,明 纹 k0,1,2, 暗 纹
C B
相同的入射角对应同一级条 纹。因此，称为薄膜等倾干 涉
透射光的干涉： 对于同一厚度的薄膜，在某一方向 观察到某一波长对应反射光相干相 长，则该波长在对应方向的透射光 一定相干相消。满足能量守恒。 应用：增透膜、增反膜
二、等厚干涉
1、劈尖干涉
n1
12A co ts
A A12A222A1A2cos2(1) 其中 tanA1sin1A2sin2
A1cos1A2cos2
波的叠加
1 A 1 c o t s 1 2 r 1 2 A 2 c o t s 2 2 r 2
12
A A 1 2 A 2 2 2 A 1A 2co 2 s1( 2r2 r 1)
结论：o光、e光都是线偏振光
二、双折射现象的解释
光在各向异性介质中的传播速度与光的传播方向、光矢量的 振动方向有关，
现象：o光、e光在晶体中的传播速度不同
本质：晶体各向异性及电矢量对晶体极化程度共同作用所致
回顾：振动叠加，波的叠加
同频率的平行简谐振动的合成
1 A 1 c t o 1 ,s 2 A 2 c t o 2 s