惠更斯-菲涅尔原理.pdf

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1、大学物理1S·薄膜干涉反射光2反射光121inD1AC等厚干涉nd2nB1Pλδ2n2dcosγE2SLiDn1等倾干涉dACnγ2Bnn312光学薄膜的应用1.增透膜n10在光学器件（透镜等）镀以一dn1.38MgF2层薄膜以提高或降低透射率n'1.5光在膜的上下表面反射时都玻璃有半波损失欲使透射最大，则要求反射光干涉相消——无反射光δ2nd(2k1)2λ膜的最小厚度为d----此时透射光增强min4nλ或ndmin4即光学厚度为某一波长的1/4时，则膜为该波长的增透膜32.高反射膜(增反膜)光在每层膜的上下表面反射时只有一个n2.40ZnS面有半波损

2、失n'1.5第一层2ndλ2kλ,k1,2,HH最小光学厚度为ZnSMgF2ndλ4HHnH第二层nL2ndλ2kλ,k1,2,LLn'1.5最小光学厚度为neλ4LL即每层膜的光学厚度都为/4时，可得到该波长的高反射膜4§14.6迈克耳逊干涉仪一.干涉仪结构迈克尔逊是著名的实验物理学家，以精密测量光的速度和以空前的精确度进行以太漂移实验而闻名于世。获得1907年诺贝尔物理学奖："forhisopticalprecisioninstrumentsandthespectroscopicandmetrologicalinvestigationscarriedou

3、twiththeiraid"。5二.工作原理M2光束1和2发生干涉dM11GG光程差2d(无半波损)122S2d(有半波损)M22L212d2kk1,2,干涉加强P22d（2k1）k0，1,2,干涉减弱26三.条纹特点1.若M、M平行12等倾条纹2.若M、M'有小夹角12当M1和M'2不平行，且光平行入射,此时为等厚条纹3.若M1平移d时，干涉条纹移过N条，则有dN27M四.应用11GG1.微小位移测量dN12n2S22dx2.测波长MN2L3.测折射率21P五.时间相干性ω相干长度：两光束产生干涉效应的最大光程差相干时间

4、：与相干长度对应的光传播时间2相干长度L和谱线宽L度之间的关系为λ73白光光源L10m氦氖激光器L410m8§14.7惠更斯—菲涅耳原理一.光的衍射现象1.现象衍射屏观察屏光源L'(剃须刀边缘衍射)L92.衍射光在传播过程中绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象衍射的共性：•光沿被限制的方向扩展•光强重新分配(衍射图样)说明衍射现象是否明显取决于障碍物线度与波长的对比，波长越大，障碍物越小，衍射越明显。10二.惠更斯—菲涅耳原理1.原理内容•同一波前上的各点发出的都是相干次波。•各次波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。2.原理数学表达设初相为零，面

5、积为s的波面Q，n其上面元ds在P点引起的振动为dsQd2srπPdEk()φcos(ωt)()prrλsd2srπdEFQk()()φcos(ωt)()prλF(Q)取决于波面上ds处的波强度，k()为倾斜因子.110,kkmax1k()1k()k()π,k002π2FQ()k()φ2πrE()pcos(ωts)dE0(p)cos(ωt(p))srλ2P处波的强度IpE0(p)说明(1)对于一般衍射问题，用积分计算相当复杂;实际中常用半波带法和振幅矢量法分析。(2)惠更斯—菲涅耳原理在惠更斯原理的基础上给出了次波源在

6、传播过程中的振幅变化及位相关系。12中心处泊松光斑13三.光的衍射分类SP1.菲涅耳衍射(近场衍射)O光源O,观察屏E(或二P0者之一)到衍射屏S的距离为有限远的衍射E(菲涅耳衍射)2.夫琅禾费衍射(远场衍射)无限远光源无限远相遇S光源O,观察屏E到衍射屏S的距离均为无穷远的衍射(夫琅禾费衍射)14§14.8单缝的夫琅禾费衍射一.典型装置PB·xO*0CfAf(单缝夫琅禾费衍射典型装置)A,BP的光程差ACasin(a为缝AB的宽度)二.菲涅耳半波带法B1.衍射暗纹、明纹条件A•asin0——中央明纹15•asin2此时缝分为两个“半波带”，P为暗纹。2暗

7、纹条件asin2k，k1,2,3…2BBB1半波带2D1半波带2asinasinasinAAA•asin3此时缝分成三个“半波带”，P为明纹。2明纹条件asin(2k1)，k1,2,3…216说明暗纹条件asin2k，k1,2,3…2(1)得到的暗纹和中央明纹位置精确，其它明纹位置只是近似(2)单缝衍射和双缝干涉条纹比较。从本质上讲——干涉和衍射都是波的相干叠加干涉:有限多的子波的相干叠加衍射:无限