蔚波医用物理学课件08章波动光学

《蔚波医用物理学课件08章波动光学》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、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光学几何光学物理光学波动光学量子光学萌芽时期几何光学时期波动光学时期量子光学时期现代光学时期微粒学说波动学说波粒二象性发展时期可见光的范围光的干涉(interferenceoflight)：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.彩色的肥皂泡光的干涉在历史上曾作为光的波动性的重要例证.§8-1光的干涉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

2、激发态)跃迁时,发射的一个电磁波波列一.光的相干性普通光源的发光机理原子的发光跃迁基态激发态跃迁自发辐射波列波列长L=Δt×c跃迁过程的持续时间约为10-8s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.P21光束与波列相干光(coherentlight)：两频率相同,振动方向相同、相位差恒定.相干光的获得方法分割振幅法分割波阵面法将光源上同一原子同一次发的光分成两部分,再

3、使它们叠加.光的相干性与波列*光源托马斯·杨(ThomasYoung,1773-1829)英国人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.二.杨氏双缝干涉实验相干光的产生实验中,D>>2a,一般D约1m,而2a约10-4m,S1和S2是同相波源Pr1r2xrDSS1S22a设两列光波的波动方程分别为加强减弱干涉加强减弱的条件相位差：干涉规律Pr1r2xrDSS1S22a条纹分布当1=2波程差：Pr1r2xrDSS1S2

4、2a(2)白光照射时,0级为白色条纹,其它明纹为彩色条纹.(1)x=0有k=0中央明条纹,其两侧明暗条纹对称分布干涉条纹分布的特点k=0,0级明纹k=1,1级明纹k=2,2级明纹k=1,1级明纹k=2,2级明纹(3)相邻明条纹(或相邻暗条纹)间距实验装置一定,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方法二干涉问题分析要点(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.例题：在双缝干涉实验中,用钠灯作光源,其波长=589.3

5、nm,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？(2)解(1)三.劳埃德镜实验当屏幕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.PL半波损失(half-waveloss)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

6、.(1)反射光与入射光比较n1n2无半波损失有半波损失n1n3或n1>n2,n2n2>n3n3n2n1n1n2光在不同介质中传播时,频率不变而波长改变.光在介质中传播距离r时的相位变化为光程(opticalpath)：=nr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.四.光程与光程差*P*相位差:通过薄透镜的近轴光线具有等光程性焦平面r2r1n0nd两束相干光

7、的相位差反射光的光程差五.薄膜干涉PLC34E5A1B2SDn2>n1PLC34E5A1B2SDn2>n1注意：透射光和反射光干涉具有互补性,符合能量守恒定律.透射光的光程差反射光的光程差PLC34E5A1B2SDn2>n1干涉加强和减弱的条件明纹暗纹可见,光程差决定于倾角,焦平面上同一干涉条纹上各亮点(暗点)对应相同的入射角.对反射光光学系统在透射的同时,反射光将把部分能量反射掉.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.利用薄膜干涉使得某个波长相

8、干相消,可实现增透；相干相长可实现增反.增透(射)膜和增反(射)膜无论增透、增反,对薄膜厚度有严格要求,且只对单一波长有效.解(1)例题一油轮漏出的油(折射率n2=1.20)污染了某海域,在海水(n3=1.30)表面形成一薄层油污.(1)如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员从飞机上向下观察,他所正