大学物理教程课件讲义第六章波动光学.ppt

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1、大学物理教程第6章波动光学6.1光的相干性6.2分波面法干涉6.3分振幅法干涉6.4单缝衍射6.5光栅衍射6.6圆孔衍射6.7光的偏振6.1光的相干性光波6.1.11.光波光波是电磁波的一部分，仅占电磁波谱很小的一部分，它与无线电波、X射线等其他电磁波的区别只是频率不同，能够引起人眼视觉的那部分电磁波称为可见光。光源发出的频率为1022～1026Hz的电磁波泛称为光。光包括红外光、可见光和紫外光三部分。在可见光范围内，不同频率的光将引起不同的颜色感觉，表6.1是各光色与频率（或真空中波长）的对照，光在波长从小到

2、大过程中呈现出由紫到红等各种颜色。6.1光的相干性6.1光的相干性2.光的速度与折射率6.1光的相干性3.光矢量可见光是能激起人视觉的电磁波。对于光波来说，传播的是交变的电磁场（用E和H表示）。实验表明，在这两个矢量中，能引起视觉效应和照相底片感光作用的是光波中的电场，所以光学中常把电场强度E代表光振动，并把E矢量称为光矢量。光振动指的是电场强度随时间周期性的变化。6.1光的相干性光源6.1.2大量原子受外来激励会处于激发状态.处于激发状态的原子是不稳定的，它要自发地向低能级状态跃迁，并同时向外辐射电磁波。当

3、这种电磁波的波长在可见光范围内时，即为可见光。原子的每一次跃迁时间很短。由于一次发光的持续时间极短，所以每个原子每一次发光只能发出频率一定、振动方向一定且长度有限的一个波列。如图6.1（a）所示。图6.1（b）所示6.1光的相干性图6.1光波波列6.1光的相干性光的干涉6.1.31.不相干叠加由于普通光源的原子或分子发光的间歇性和随机性，在观察时间内，振动时断时续以致它们的初相位各自独立地做不规则的改变，概率均等地在观察时间内多次历经从0到2π间的一切可能值。6.1光的相干性2.相干叠加6.1光的相干性图6.2分

4、波面法图6.3分振幅法6.1光的相干性光程光程差6.1.41.光程当两束相干光波在同一种介质中传播时，在相遇点干涉加强或减弱取决于两相干光波在该处的相位差Δφ.如图6.4所示，如果波长为λ的两束相干单色光，分别在不同的介质中传播后再在P点相遇。图6.4两相干光波在不同介质中的传播6.1光的相干性如图6.5所示，当一束光在几种介质中传播时，AB间的光程为图6.5光程的计算6.1光的相干性2.光程差如图6.4所示，如果波长为λ的两束相干单色光，分别在不同的介质中传播后再在P点相遇.设两束光各自所经历的几何路程为r1和

5、r2，每束光的光程分别为n1r1和n2r2，我们定义两束光间的光程差为δ=n(r2-r1)(6-4)相干光在各处干涉加强或减弱取决于两束光的光程差，而不是几何路程之差。6.1光的相干性3.光程差满足的明暗纹干涉条件6.1光的相干性4.透镜的等光程性我们在观察干涉、衍射现象时，常借助于薄透镜.从透镜成像的实验中知道，波阵面与透镜的主光轴垂直的平行光，经透镜后会聚于焦点上并形成亮点，如图6.6（a）所示。说明平行光束波前上各点（图中A、B、C、D、E各点）经过透镜不改变它们之间的相位差。也就是说，由于平行光

6、的同一波阵面上各点有相同的相位，经透镜会聚于焦点后仍有相同的相位，AaF的光程与CcF的光程相等.对于斜入射的平行光，经透镜会聚于焦平面上的F′点，AaF′与BbF′的光程均相等，如图6.6（b）所示。即薄透镜不引起附加的光程差，也称透镜的等光程性。6.1光的相干性图6.6透镜的等光程性6.1光的相干性5.光的半波损失在研究驻波时我们知道，若波从波疏介质入射到波密介质表面反射时，反射波将发生相位突变或半波损失。光的反射也同样可能有半波损失现象发生。两种介质相比较，我们把折射率大的介质称为光疏介质，折射率小的介质

7、称为光疏介质。光从光疏介质入射到光密介质分界面而反射时，反射光也会产生半波损失。6.1光的相干性6.2分波面法干涉杨氏双缝干涉6.2.11801年，英国医生兼物理学家托马斯·杨首先成功地设计了利用单一光源形成两束相干光，并获得光的干涉现象的典型实验，从而使光的波动理论得到证实。实验装置如图6.7所示，在传统的杨氏双缝实验中，用单色平行光照射一窄缝S，窄缝相当于一个线光源。图6.7双缝干涉示意图6.2分波面法干涉1.光程差的计算如图6.8所示，设双缝S1与S2之间的距离为d，双缝到屏的距离为D，在屏上以屏中心为原

8、点，垂直于条纹方向建立x轴，用以表示干涉点的位置.设屏上坐标为x处的干涉点P到两缝的距离分别为r1和r2，从S1和S2发出的两列相干光到达P点的光程差应为δ=n（r2－r1）.6.2分波面法干涉图6.8双缝干涉条纹计算6.2分波面法干涉2.干涉明纹中心位置6.2分波面法干涉3.干涉暗纹中心位置6.2分波面法干涉4.双缝干涉条纹的分布特征由式(6-6)和式(6-7)可得到干