大学物理第十一章波动光学1

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1、波动光学第十一章一光的干涉1.理解相干光的条件及获得相干光的方法；2.掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系，理解在什么情况下的反射光有半波损失；3.能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹二光的衍射1.了解用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响；2.了解波带法分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法，掌握单缝宽衍射条纹的特点；3.理解光栅衍射的光栅方程。光的本质是电磁波，光具有波动的基本特征，即会产生干涉、衍射、偏振等现象§11-1相干光一光的相干性频率相同、振动方向相同（平行）、相位相同或相位差恒定的两波源发出的波是相干波；两相干波

2、相遇时，会产生干涉现象。光是电磁波，也会产生干涉现象。频率相同、振动方向相同（或说平行）、相位相同或相位差恒定称为相干条件，满足相干条件的光称为相干光；能发出相干光的光源称为相干光源。即相干光源发出相干光，两束相干光相遇时，会产生干涉现象.将来自同一光源的光分为两束，则这两束光满足相干条件，是相干光。二相干光的获取1.分振幅法利用反射、折射把波面上某处的振幅分成两部分（即将入射波的能量分成反射波和折射波的能量），再使它们相遇从而产生干涉现象的方法如薄膜干涉等。如图，是用分振幅法从入射光获得的两束反射光；来自同一光源，为相干光2.分波面法由光源发出的某一波面上，分出两部分面元作为相干光源

3、；它们发出的光就是用分波面法获得的相干光。如杨氏双缝干涉等§11-2杨氏双缝干涉实验劳埃德镜单色光垂直照射在单缝S上，S作为光源发出的光照射在相距很近且与S等距的两狭缝S1和S2上，则由S1和S2发出的光来自同一光源，满足相干条件，为相干光源；它们发出的相干光相遇时会产生干涉现象，在屏幕上将出现明暗相间的干涉条纹。一杨氏双缝干涉实验012345-5-4-3-2-1屏上呈现明暗相间的条纹，条纹等宽等距等亮度，与双缝平行杨氏双缝干涉实验光强分布形成明暗干涉条纹的条件：设S1、S2间的距离为d,双缝与屏间的距离为，且；B为屏幕上任意一点，B点到S1和S2的距离分别为r1、r2；与分别为双缝和

4、屏幕的中心，B点到屏幕中心的距离为x。S1、S2发出的光到达B点的波程差为B点对双缝中心与轴线的夹角为由干涉加强的条件可知，当波程差为波长整数倍时，干涉加强，则当满足B点为明条纹；上式表明干涉条纹在屏上相对o点对称分布，k称为条纹的干涉级次；因此O点为明条纹，称为中央（零级）明条纹；的各级次明条纹对称分布在O点两侧，相应称为第一级、第二级…明条纹。O点:(或很小)则有可得明条纹的位置为对明条纹，有波程差为半个波长的奇数倍时，干涉相消，则B点为暗条纹，即可得暗条纹的位置为的各级次暗条纹对称分布在O点两侧相应称为第一级、第二级…暗条纹。根据明暗条纹的位置，可求出相邻明条纹或暗条纹间的距离，

5、即明或暗条纹的宽度为一般认为，两相邻暗纹之间的距离为一个明条纹的宽度；同样，两相邻明条纹之间的距离为一个暗纹的宽度。相邻明暗纹中心间的距离为半个条纹间距。由明条纹的位置可知，用白光照射时，屏幕上会出现彩色条纹讨论：1）条纹间距与的关系：一定时，若变化，则相应变化，即2）一定时，条纹间距与的关系：若变化，则相应变化例1（P99）在杨氏双缝干涉实验中，用波长=589.3nm的纳灯作光源，屏幕距双缝的距离=800mm，问：1)当双缝间距1mm时，两相邻明条纹中心间距是多少；2)当双缝间距10mm时，两相邻明条纹中心间距又是多少.解：1）d=1mm时2）d=10mm时例2（P99）以单色光照

6、射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1m.1)若屏上第一级干涉明纹到同侧的第四级明纹中心间的距离为7.5mm,求单色光的波长；2)若入射光的波长为600nm,求中央明条纹中心到最邻近暗纹中心的距离.解：1）第k级明条纹的位置则第4级与第1级明条纹的距离为2）所求距离为半个条纹间距，即§11-3薄膜干涉一光程和光程差可确定两相干光的相位差则根据杨氏双缝干涉的两束相干光是在同一种介质空气中传播的，两相干光到达相遇点的波程差是它们的几何路程之差当两相干光分别通过不同介质时，由于同一频率的光在不同介质中的传播速度不同，则它们在不同介质中的波长不同，因此两相干光的相位差不能再用几

7、何路程差计算，需要引入新的概念—光程及光程差1.光程—光在介质中经过的几何路程L与该介质折射率n的积nL,称为光程。设单色光的频率为在折射率为n的介质中：速度为v，波长为；在真空中：速度为c，波长为；即光在折射率为n的介质中传播时，其波长为在真空中时波长的设光在折射率为n(光速为v)的介质中经过的几何路程为L,则所需时间为在同一段时间t内,光在真空中所经过的路程应为即光在介质中经过的几何路程为L时，相当于同一段时间在真空中经过了nL的路程；nL