波动光学 知识框架图和解题指导

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1、《新编基础物理学》学习指导第15章波动光学第15章波动光学一、基本要求1．掌握双缝干涉、单缝衍射、劈尖干涉、光栅衍射的公式及条纹分布规律；2．理解光程差的含义与半波损失发生条件及增透膜、增反膜原理；3．理解线偏振光及其产生方法，了解布儒斯特定律及马吕斯定律。二、基本内容（一）本章重点和难点：重点：掌握不同条件下干涉和衍射（双缝干涉、单缝衍射、劈尖干涉、光栅衍射）明暗条纹的分布情况和计算公式。难点：半波损失的判定及增透膜的计算。（二）知识网络结构图：195《新编基础物理学》学习指导第15章波动光学

2、波动光学杨氏双缝干涉等厚干涉等倾干涉劈尖牛顿环增透膜、增反膜光的衍射衍射光栅光的偏振布儒斯特角马吕斯定理(三)容易混淆的概念：1.等厚干涉和等倾干涉等厚干涉是每一级次的明暗纹都与膜层在该条纹处的厚度相联系，相同厚度处有相同的光程差，即该厚度处条纹轨迹对应同一级干涉条纹；等倾干涉是凡入射的倾角相同的相干光线在相遇时的光程差都相同，即对应同一个级次的干涉条纹。2.增反膜和增透膜增反膜（减透膜）是在光学元件表面所镀的一层或多层可以消除透射以增强反射的薄膜；反之，增透膜（减反膜）则是用以消除反射以增强透

3、射的薄膜。3.菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射菲涅耳衍射是光源、光屏和衍射孔三者之间的距离皆为有限远或其中之一为有限远时的衍射；夫琅禾费衍射则是指三者之间的距离皆为无限远或相当于无限远。4.自然光和偏振光自然光是指在垂直于光线传播方向上的光振动矢量都对称分布，可用两个振动方向正交的、没有恒定相位关系的、等振幅两个独立光振动来代替；偏振光是指在垂直于光线传播方向上的光振动矢量不对称分布。5.部分偏振光和完全偏振光部分偏振光是偏振光和自然光的混合光，在两个相互垂直方向上的光振动有强有弱；完全偏振光（线偏振光

4、）是只保留其中一个方向光振动的偏振光。6.起偏和检偏起偏是从自然光获得偏振光的过程，相应的光学元件叫起偏器；检偏是旋转一个偏振片来通过透射光光强变化来确定入射光偏振态的过程，有检偏作用的光学元件叫检偏器。（四）主要内容：1．光程和光程差：195《新编基础物理学》学习指导第15章波动光学（1）光程---光在折射率为的媒质中通过几何路程所引起的相位变化相当于光在真空中通过几何路程所引起的变化。（2）光程差为几何光程乘以折射率之差：（3）光程差和相位差的关系：（是真空中的波长）（4）半波损失：当入射光

5、从折射率较小的光疏介质投射到折射率较大的光密介质表面时，反射光比入射光有。（注：若两束相干光中一束发生半波损失，而另一束没有，则附加的光程差；若两束相干光均发生或均未发生半波损失，则无附加光程差。实际判定光程差时，要从以下两个方面分析：既要考虑几何光程乘以折射率之差，也要考虑半波损失发生的情况，即有无附加光程差。）2.杨氏双缝干涉：（D-缝屏距；d-双缝间距；k-级数）条纹特征：明暗相间均匀等间距直条纹，中央为零级明纹。条纹间距与缝屏距D成正比，与入射光波长成正比，与双缝间距d成反比。3.增透膜

6、、增反膜原理：（先分析折射率关系）1)195《新编基础物理学》学习指导第15章波动光学2)4.劈尖干涉：（b-相邻条纹间距,q--劈尖夹角,D--钢丝直径，-劈尖介质折射率）LD相邻条纹对应的薄膜厚度差：相邻条纹间距：劈尖夹角：条纹特征：与棱边平行的等间距明暗相间直条纹，且棱边为暗纹。条纹间距与与入射光波长成正比，与介质折射率成反比，与劈尖夹角成反比。应用：工程测量中劈尖常用于测下面工件平整度，若观察到条纹左弯则该处下表面凹，条纹右弯则该处下表面凸。（左凹右凸）5.单缝衍射：（f-透镜焦距；a-

7、单缝宽度；k-级数）第K级明纹对应半波带数为；第K级暗纹对应半波带数为。条纹特征：明暗相间直条纹，中央为零级明纹，宽度是其它条纹宽度的两倍。条纹间距与透镜焦距成正比，与入射光波长成正比，与单缝宽度成反比。195《新编基础物理学》学习指导第15章波动光学6.衍射光栅：（为光栅常数，为衍射角）（1）光栅方程：即光栅明纹公式：（2）可见光光谱波长范围：第K级光谱张角：第K级光谱线宽度：（，条纹特征：条纹既有干涉又有衍射。7.光的偏振：（为入射光强度，为两偏振化方向夹角）（1）光的五种偏振态：自然光、线

8、偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光。（2）马吕斯定律：195《新编基础物理学》学习指导第15章波动光学（3）布儒斯特角：（为入射角，为折射角）当入射角满足上述条件时，反射光为完全偏振光，且偏振化方向与入射面垂直；折射光为部分偏振光，且反射光线与折射光线垂直，即：8.牛顿环：当单色光垂直入射时形成以接触点为圆心、不等间距的同心圆条纹。（若以空气为介质）（1）暗纹半径：（2）明纹半径：（3）曲率半径：条纹特征：中心为暗纹，明暗相间、内疏外密的同心圆。9.迈克耳孙干涉仪利用分振幅法使两个相互垂直