《医学物理学》课件--波动光学

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1、波动光学第十章一、学习本章后，我们应该：1.掌握杨氏双缝干涉、薄膜干涉、夫琅禾费单缝衍射的基本原理和公式。2.掌握光程、光程差、半波损失等概念；理解光栅衍射、牛顿环的有关原理和公式。3.掌握光偏振的有关概念及马吕斯定律，理解光的双折射。4.理解物质的旋光性、了解圆孔衍射。二、授课重点：薄膜干涉、马吕斯定律三、授课难点：单缝衍射电磁波(家)谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线微波太赫兹电学光学原子核“THz空隙”ElectromagneticSpectrum可见光波长范围是400nm-760nm。本章将

2、从光的干涉、衍射和偏振现象说明光的波动性。760400630600570500450430蓝红橙黄绿青紫真空中波长(nm)频率(10Hz)147.503.955.004.765.266.006.676.98水波的干涉:干涉条件：两列波的频率相同、振动方向相同、初相位相同或相位差恒定。第一节光的干涉Interferenceoflight(相干波源)一、光的相干性声波的干涉:光波的干涉来自的光为s12s相干光(满足光干涉条件)来自的光为s12s非相干光(不满足光干涉条件)无干涉现象有干涉现象s12s相干光与非相

3、干光：s12s两个独立的普通光源不是相干光源。分振幅法薄膜单色点光源分波面法获得相干光的两类典型方法原则:将同一波列的光分成两列，经不同路经后相遇，实现干涉。两个补充条件:1.两光波在相遇区域内振幅不能相差太大。2.两光波在相遇点的光程差不能太大。相干长度:能够产生干涉现象的最大光程差称为相干长度.相干长度等于一个波列的长度。光程差大于相干长度就没有干涉现象.二、光程和光程差设频率为v的单色光在真空中的传播速度为c，波长为λ，在折射率为n的介质中的传播速度为u，波长为λ’。因u=c/n，则有λ’=λ/n.由

4、于n>1，光在介质中的波长要比光在真空中的波长短。波传播一个波长的距离,相位变化2π.若光波在折射率为n的介质中传播的几何路程为r,则相位变化:定义光程:波函数:媒质真空orn1n1lncnullnlucnLrn相当于在真空中走多少路程？Srn光程光程=媒质折射率×光传播的几何路程。意义?光程和光程差r光程和光程差的意义：光程:介质中光的路程折算为真空中光的路程。光程差:利用光程差表达波程差，从而方便地利用相干光叠加中的干涉加强和干涉减弱的条件。两同相相干光源产生的相干光相遇时的相位差:则:定义光程差:对两

5、同相相干光源发出的相干光，得到用光程差表示的干涉加强和干涉减弱的条件:总结:折射率n与路程r的乘积称为光程.引入光程的作用是：方便相位及相位差的计算.光程常用L表示，L=n·r几点说明：①光在真空中的光程就是其所走过的路程∵n=1，∴L=r重点内容②光在折射率不同的介质中走过的路程若为r1、r2、……，③光程差：即两光程之差，通常用δ表示则：总光程为：L=n1r1+n2r2+……n2r1r2abn1相位差与光程差的关系:三、杨氏双缝实验T.Young(1773-1829)英国物理学家兼医生,于1801年在历

6、史上首次以人工方式实现光的干涉。S1S2SxI干涉条纹的分布:条纹等距等宽。条纹光强度分布（满足相干光条件）明纹明纹中央明纹明纹明纹暗纹暗纹暗纹暗纹单色光入射***杨氏双缝干涉条纹分析:两列光波在P点的光程差：S1和S2发出的两列光波:S*分波面法IxxPdr1r2oDS1S2第k条明纹位置公式:S*xkxdr1r2D第k条暗纹位置公式:0各级暗纹S*各级明纹δδk=1k=2k=2k=0k=1k=1k=1k=2k=2(2)若已知d和D，测出第k级条纹对应的xk，就可以计算单色入射光的波长。(3)若入射光为

7、白光时，只有中央明纹是白色，其他各级明纹都是由紫色到红色向外排列形成。(1)相邻两明纹(或相邻两暗纹)的间隔相等:中央明纹kk+1k=0明纹k1暗k2暗k1明k2明k1暗k1明k2暗讨论:解：光程差例题杨氏双缝实验，=500nm，在一光路中插入玻璃片（n=1.5）后o点变为第4级明纹中心。求：玻璃片厚度。1W四、劳埃德镜实验2WXMDdxΔsWlsX半波失损该实验的意义?实验说明:当光从光疏介质射向光密介质时,界面上的反射光将产生π相位突变,相当于光波多走(或少走)了半个波长的光程,这种现象称为半波损失。

8、五、薄膜干涉(等倾干涉)彩色油层彩色气泡肥皂膜的干涉彩色条纹“半波损失”:实验说明:当光从光疏介质射向光密介质时,界面上的反射光将产生π相位突变。π相位的变化,相当半个波长的光程，即光波多走(或少走)了半个波长的距离，这种现象称为半波损失。空气油、水、玻璃空气油膜玻璃2n3n1npp例一:透射光无半波损失。1n2n膜层e薄膜干涉:sPBeCABcosrtgAC2erDAACsini反射光干涉DCAirB1nisi