喀蔚波医用物理学课件08章波动光学

S2 r
D
k
加强 k0,1,2
Δ rr2r12D ax 2k1 2 减弱 k1,2,
条纹分布
xk2D ka122Da 2
明纹k0,1,2 暗纹k1,2,
❖ 干涉条纹分布的特点
(1) x=0 有 k=0 中央明条纹,其两侧明暗条 纹对称分布
Leabharlann Baidu
k = 2 ,2 级明纹 k = 1 ,1 级明纹 k = 0 ,0 级明纹 k = 1 ,1 级明纹 k = 2 ,2 级明纹
❖ 干涉规律
设两列光波的波动方程分别为
y1Acost(12π r1)
S1
r1
P x
y2Acost (22π r2) S 2a o
r2
o
S2 r
干涉加强减弱的条件
D
相位差：
Δ212πr2r1 22kkπ1π 2kk 0 1,,12,,2 加减强弱
P
S1
r1
x
S 2a o
r2
o
当1=2波程差：
2a
(2)
2aD 5
Δ x
0 1 00 .0 3 0 6 5.1 85 3 0 9 13 7 04.5mm
三.劳埃德镜实验
P'
P
s1
L
s2
D
❖ 当屏幕 P 移至 L 处,从 S1 和 S2 到 L点的光程 差为零,但是观察到L点为暗条纹——验证了反射 时有半波损失存在.
❖ 半波损失(half-wave loss)
(2) 白光照射时,0级为白色条纹,其它明纹为彩色 条纹.
(3) 相邻明条纹(或相邻暗条纹)间距
xxk1xk
D 2a
实验装置一定,条纹 间距与波长有关
波长一定,条纹间距 随狭缝宽度而变
❖ 杨氏干涉实验的应用——测量光波波长
方法一
xk1
2a D
方法二
2a kD
xk
❖ 干涉问题分析要点 (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、级次分布等.
光从光疏介质(折射率较小)射向光密介质(折射 率较大)时反射光的相位较之入射光的相位跃变 了,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.
(1) 反射光与入射光比较
n1< n2
有半波损失
n1
n1> n2
无半波损失
n2
(2) 经介质膜上下界面两反射光比较
n1< n2, n2> n3 有半波损失
❖ 相干光(coherent light)：1
P
两频率相同,振动方向相
同、相位差恒定.
2
光束与波列
❖ 相干光的获得方法
将光源上同一原子同一次发的光分成两部分,再 使它们叠加.
s1
光* 源
s2
分割波阵面法
光的相干性与波列 分割振幅法
二.杨氏双缝干涉实验
托马斯·杨
(Thomas Young, 1773-1829)英国人
或 n1> n2, n2< n3
n1
n1> n2> n3
n2
无半波损失 或 n1< n2< n3
n3
四.光程与光程差
光在不同介质中传播时, 频率不变而波长改变.
n
光在介质中传播距离 r 时的相位变化为
s1 *
r1
P
s 2* r2 n
Δ2πr2πnr
❖ 光程(optical path)： = nr
激
En
波列
发
态
跃迁 基态
自发辐射
波列长 L = Δt× c
跃迁过程的持续时间约为
原子的发光跃迁
10-8 s
❖ 普通光源发光特点：
原子发光是断续的,每次发光形成一长度有限的 波列,各原子或同一原子各次发出的波列,其频率 和振动方向可能不同；
来自两个光源或同一光源的两部分的光,不满足 相干条件,叠加时不产生干涉现象.
例题：在双缝干涉实验中,用钠灯作光源,其波长 =589.3nm,屏与双缝的距离 D=500mm.求：⑴在 2a=1.2mm和2a=10mm两种情况下相邻明条纹间 距为多大？(2)若相邻明条纹的最小分辨率距离 x=0.065mm,能分清干涉条纹的双缝间距最大为 多少？
解(1)
2a1.2mm
ΔxD 2a 501 01 0 .3 2 1 5.8 0391 3 070.2m 5 m 2a1m 0 m ΔxD0.0m 3 m
意义：把光在介质中通过的几何路程按相位变 化相同折合到真空中的路程——可以统一用真 空中的波长来计算.
❖ 两束相干光的相位差
r1
n0
相位差: 2π 光程差
n
d
r2
Δ2 πn0r2dnd n0r1
❖ 通过薄透镜的近轴光线具有等光程性
L
L 焦平面
S
S
P
五.薄膜干涉
❖ 反射光的光程差
n2(A BB)C n1A D 2
2
2d
n22
n12
s in2
i
2
n2> n1
LP
S1
2
iD 3
M1 n1 n2
M2 n1
A
B
C E
d
4
5
❖ 反射光的光程差
2d n2 2n12si2ni2
❖ 透射光的光程差
2d n22n12si2ni
注意：透射光和反 射光干涉具有互补 性,符合能量守恒 定律.
n2> n1
:40~076n0m :7.51104~4.31104Hz
§8-1 光的干涉
❖ 光的干涉(interference of light)：满足一定条 件的两束光重叠时,在叠加区域形成稳定、不均 匀的光强分布的现象.
光的干涉在历史上曾作 为光的波动性的重要例 证.
彩色的肥皂泡
一.光的相干性
❖ 普通光源的发光机理 物质发光的基本单元—分子、原子等从具有较高 能量的激发态向具有较低能量的状态(基态或低激 发态)跃迁时,发射的一个电磁波波列
1801年,托马斯杨完成了一个判
别光性质的关键性实验. 观察屏 上有明暗相间的等间距条纹,这 只能用光是一种波来解释. 杨还 由此测出了光的波长.
❖ 相干光的产生
P
S1
r1
x
S 2a o
r2
o
S2 r
D
实验中, D>>2a, 一般 D 约1 m ,而2a 约 10-4 m, S1 和 S2 是同相波源
ABBC d
cos
n2> n1
LP
AD AC sin i 2d tan sin i 2d n2 sin 2 n1 cos
S1
2
iD 3
M1 n1 n2
M2 n1
A
B
C E
d
4
5
c 2 d on 2 s 1 si2n 2 2 n 2 dco s 2
2n2d
1sin2
第八章 波动光学
▪ 光的干涉 ▪ 光的衍射 ▪ 光的偏振 ▪ 双折射现象 ▪ 旋光现象 ▪ 光的吸收和散射
光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素
几何光学
光学 物理光学 波动光学 量子光学
萌芽时期
波
几何光学时期
粒
发展时期 波动光学时期 量子光学时期
微粒学说 波动学说
二 象
现代光学时期
性
可见光的范围