《波动光学习题》PPT课件

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1、波动光学习题课一、基本要求1．理解获得相干光的基本方法，掌握光程的概念；2．会分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置和条件；3．了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。4．了解惠更斯—菲涅耳原理5．掌握单缝夫琅禾费衍射的条纹分布，以及缝宽，波长等对衍射条纹的影响6．理解光栅衍射方程，会分析光栅常数，光栅缝数N等对条纹的影响7．理解线偏振光获得和检验的方法，马吕斯定律和了解双折射现象2．光程（1）光在折射率n的介质中，通过的几何路程L所引起的相位变化，相当于光在真空中通过nL的路程所引起的相位变化。（2）光程差引起的相位变化为其中为光程差，为真空中光的波长两束光（反

2、射光）由于相位突变所引起的光程差。（3）附加光程差1．获得相干光的基本方法（分波前法,分振幅法,分振动面法）二、基本内容3．杨氏双缝干涉（波阵面分割法）光程差得：明纹条件暗纹条件条纹间距4．薄膜干涉（振幅分割法）入射光在薄膜上表面由于反射和折射而分振幅，在上、下表面的反射光干涉（）光程差（1）劈尖干涉所以（加强明纹）（减弱暗纹）相邻两明（暗）条纹处劈尖厚度差(若则)（2）牛顿环干涉干涉条纹是以接触点为中心的同心圆环其中R为透镜的曲率半径暗环半径其明环半径5．迈克耳孙干涉仪利用振幅分割法使两个相互垂直的平面镜形成一等效的空气薄膜，产生干涉。视场中干涉条纹移动的数

3、目与相应的空气薄膜厚度改变（平面镜平移的距离）的关系1．单缝夫琅禾费衍射（1）半波带法的基本原理（2）明暗条纹的条件（3）条纹宽度中央明条宽度：角宽度线宽度明条纹宽度2．衍射光栅（1）光栅衍射是单缝衍射和各缝干涉的总效果（2）光栅方程（3）缺级条件，当同时成立时，衍射光第缺级且3．光学仪器的分辩率最小分辨角4．线偏振的获得和检验（1）布儒斯特定律自然光通过偏振片后，强度为（2）马吕斯定律三、讨论1．单色光λ垂直入射劈尖，讨论A、B处的情况A处条纹明暗B处光程差明B处光程差A处条纹明暗暗B处光程差A处条纹明暗明B处光程差A处条纹明暗暗2．杨氏双缝干涉中，有下列变

4、动，干涉条纹如何变化（1）把整个装置浸入水中此时波长为，则条纹变密（2）在缝S2处慢慢插入一块楔形玻璃片图示由于S2到O点的光程逐渐增加，因此S1到屏和S2到屏两束光线相遇处的光程差为零的位置向下移动。即整个干涉条纹向下移动。（3）把缝隙S2遮住,并在两缝垂直平面上放一平面反射镜此时两束光的干涉如图所示，由于S1光线在平面镜反射且有半波损失，因此干涉条纹仅在O点上方，且明暗条纹位置与原来相反。（4）两缝宽度稍有不等干涉条纹位置不变，但干涉减弱不为零（暗），整个条纹对比度下降，不够清晰。由于两束光频率不同，不相干，无干涉条纹。（5）分别用红、蓝滤色片各遮住S1和

5、S2（6）将光源沿平行S1S2连线方向作微小移动图示S向下移动，此时，于是中央明纹的位置向上移动（为什么？）图示牛顿环装置中，平板玻璃由两部分组成的()，透镜玻璃的折射率，玻璃与透镜之间的间隙充满的介质，试讨论形成牛顿环的图样如何？讨论：分别写出左右两侧的反射光的光程差表示式（对应同一厚度）与可见，对应同一厚度处，左右两侧的光程差相差半波长，即左边厚度d处为暗纹时，右边对应厚度d处却为明纹，反之亦然，因此可观察到的牛顿环的图样是：左右两侧明暗相反的半圆环条纹（图示）14讨论光线的反射和折射(起偏角)解（1）设在A处，两束反射光的光程差为[若计算透射光，图示]1

6、．牛顿环装置中平凸透镜与平板玻璃有一小间隙，现用波长为单色光垂直入射（1）任一位置处的光程差（2）求反射光形成牛顿环暗环的表述式（设透镜的曲率半径为R）四、计算由图示几何关系知（设A处环半径r）代入式（1）得为正整数，且（2）形成的暗纹条件解：在油膜上、下两表面反射光均有相位跃变，所以，两反射光无附加光程差2．折射率为n=1.20的油滴在平面玻璃（折射率为n’=1.50)上形成球形油膜，以λ=600nm光垂直入射，观察油膜反射光的干涉条纹，求若油膜中心最高点与玻璃平面相距1200nm，能观察到几条明纹？因此明纹条件满足（0

7、讨论：当油膜扩大时，条纹间距将发生什么变化？变大！3．单缝衍射，缝宽b=0.5mm，透镜焦距f=50cm，以白光垂直入射，观察到屏上x=1.5mm明纹中心求：（1）该处光波的波长（2）此时对应的单缝所在处的波阵面分成的波带数为多少？又因为解（1）由单缝衍射明纹条件得处波长为在可见光范围内，满足上式的光波：可允许在屏上x=1.5mm处的明纹为波长600nm的第二级衍射和波长为420nm的第三级衍射（2）此时单缝可分成的波带数分别是解：画出装置示意图和矢量图4．一厚度为0.04mm的波晶片，其光轴平行于表面，将其插入两主截面相互垂直的偏振片之间，使光轴与第一个偏振

8、片成θ角，试求哪些波长的可见光不能通过