第17章波动光学

《第17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、教学内容：1.杨氏双缝干涉实验装置，获得相干光的方法；2.光程的概念以及光程差和相位差的关系；3.薄膜干涉中两相干光光程差的分析，确定杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置；重点难点：1.光程的计算；2.薄膜干涉明、暗条纹的计算；基本要求：1.了解获得相干光的方法；2.掌握计算明、暗条纹的光程差条件；3.理解薄膜干涉是由膜的上、下表面分别反射的两束光的干涉；第十七章波动光学引言：光学的发展历史和光的本性（学生自学）光学的研究内容十分广泛，它包括光的发射、传播和接收等规律，以及光和其它物质的相互作用（如光的吸收、散射和色散，光的机械作用和光的热、电、

2、化学和生理效应等）。光学既是物理学中最古老的一门基础学科，又是当前科学领域中最活跃的前沿阵地之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前途。光学的发展过程，是人类认识客观世界的历史长河中一个重要的组成部分,是不断揭露矛盾和克服矛盾、从不完全和不确切的认识逐步走向较完善和较确切认识的过程。它的不少规律和理论是直接从生产实践中总结出来的，也有相当多的发现来自长期的系统的科学实验。因此，生产实践和科学实验是推动光学发展的强大动力，为光学发展提供了丰富的源泉。从方法论上看，作为物理学的一个重要学科分支，光学研究的发展也完全符合如下的认识规律：在观察和实验的基础上

3、，对物理现象进行分析、抽象和综合，进而提出假说，形成理论，并不断反复经受实践的检验。光学的发展大致可划分为下列五个时期：一、萌芽时期二、几何光学时期三、波动光学时期四、量子光学时期五、现代光学时期具体发展历史请参阅阅读材料。第一节相干光一、光源光波列长度，，1.普通光源（1）发光的间隙性；（2）发光的随机性；2.激光光源单色性好。表示光源单色性好坏。二、光波的描述1.光振动电场强度E的振动称为光振动。，，2.电磁场的能量密度平均能流密度或称为光强：比较空间两处的光强，除去介质本身因素外，就是考虑两处光振动矢量的振幅大小。三、光的相干性1.光的独立传播

4、原理、光波叠加原理（与两同频率、同振动方向的机械波类似合成类似）P点的振动合成：式中为在P处，t时刻两列波的相位差。在p处的光强取决于：，观察时间为T，则p点的光强为：干涉项:与两波源的频率、初相位以及空间p的位置有关。它决定着p点的光强。2.相干条件干涉项不为零的叠加，称之为相干叠加，所以相干条件即为相干项不为零的条件。和机械波类似。讨论：为什么日常很少见到光的干涉现象？四获得相干光的方法1.分波前的方法例如杨氏干涉2.分振幅的方法等倾干涉、等厚干涉3.分振动面的方法偏振光干涉五、光程光程差1.光程介质中光波的传播速度：；在介质中传播的波长，折算成

5、真空中波长的关系：光在介质中传播的距离折算成真空中的长度，就是光程，而且：二、光程差两光程之差叫做光程差。相位差：三、成象系统的等光程性、、结论：当用透镜或透镜组成的光学仪器观测干涉时，观测仪器不会带来附加的光程差。四、半波损失理论和实验证实：当光从折射率大的光密介质，正入射于折射率小的光疏介质时，反射光没有半波损失。当光从折射率小的光疏介质，入射或掠入射于折射率大的光密介质时，则反射光有半波损失。没有半波损失有半波损失第二节分波前双光束干涉一、杨氏双缝干涉1.实验装置2.实验结果及讨论，又因为：，所以：其中，，此处波长均指真空中的波长。当时：。由几

6、何关系得：，，而当时，，。（1）干涉相长和干涉相消条件当，时，干涉相长。当，时，干涉相消。（2）明暗条纹中心位置（3）相邻明条纹（或暗条纹）的间距当Dk=1时相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。杨氏干涉条纹是等间距：。（4）若用复色光源，则干涉条纹是彩色。（5）重级在屏幕上x处发生重级时，满足：所以当，即发生重级。可见干涉级次越高，重叠越容易发生。（6）应用杨氏干涉可用于测量波长。方法一：，方法二：。（7）杨氏干涉是不定域干涉。二、菲涅耳双面镜实验1.实验装置虚光源S1、S，平行于，，屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上。2.明条纹中心的位置

7、：，3.暗条纹中心的位置：，结论：它也是分波前双光束干涉，是不定域干涉。三、洛埃镜实验当屏幕W移至B处，从S和S’到B点的光程差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射时有半波损失存在。四、菲涅耳双棱镜实验用几何光学可以证明：结论：它们也是分波前双光束干涉。是不定域干涉。例题1（课本114页）例题2、见课本115页第三节薄膜干涉一、装置和分析在一均匀透明介质n1中放入上下表面平行,厚度为d的均匀介质n2,用扩展光源照射薄膜，其反射和透射光如图所示。设入射光振幅为A，电磁理论给出一系列出射光振幅比：r1:r2:r3:r4=0.2A:0.192A:0.0076

8、8A:1.25*10-5A所以，我们只考虑前两条出射光r1、r2的干涉。光r2与光r1的光程差为（注意有半波