大学物理-波动光学1-DJH.ppt

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1、第13章波动光学基础光学的分类：（1）几何光学：以光的直线传播为基础，研究在透明介质中的传播问题。包括：直线传播定律、反射、折射定律。①波动光学：以光的波动性为基础，研究光的干涉、衍射、偏振。②量子光学：研究光和物质的相互作用。（2）物理光学：§13.1光的本质一、光是一种电磁波平面电磁波方程波动性粒子性平面简谐电磁波的性质：（2）电磁波是横波（1）和传播速度相同、相位相同；（3）光速真空中二、光强（4）折射率坡印亭矢量光色波长(nm)频率(Hz)中心波长(nm)红760~622660橙622~597610黄597~577570绿577~492540青492

2、~470480兰470~455460紫455~400430可见光七彩颜色的波长和频率范围§13.2光源光波的叠加一、光源(1)热辐射(2)电致发光(3)光致发光(4)化学发光(5)同步辐射光源(6)激光光源自发辐射受激辐射能级跃迁波列波列长L=c非相干(不同原子发的光)非相干(同一原子先后发的光)自发辐射E2E1思考？两束光干涉的条件？二.光波的叠加光强:P12r1r2干涉项非相干叠加相干叠加讨论：1.非相干叠加(1)时，(2)时，◆非相干叠加时不恒定(3)2.相干叠加相干条件:(1)频率相同；(2)相位差恒定；(3)光矢量振动方向平行。相干光源:同一原子

3、的同一次发光。其中；上式中第一项积分为零；第二项与时间无关。两束光的相位差又：光强:两束光在P点的相位差(1)相长干涉(2)相消干涉如果（1）单色光：具有单一频率的光。三、光的单色性与复色性ÅÅÅ单色性较差单色性较好单色性极好II0/2I0∆对应的称为波长宽度∆注意:绝对的单色光是不存在的!（2）复色光：由各种不同频率的光复合而成的光。（3）获得单色光的方法色散滤波片§13.4光程与光程差真空介质在相同时间光在介质中传播的光程介质中光波的波长时间内对应的相位差介质中：真空中光程是一个折合量，在相位改变相同的条件下，把光在介质中传播的路程折合为光在真空中

4、传播的相应路程。例：如图所示，求：A、B两点间的位相差。n1n2d1d2◆光程差：两束相干光在相遇点的光程差：总结：例：由光程差计算相位差光程多种介质：§14.3获得相干光的方法杨氏实验来自两个独立光源的光和来自同一个光源的不同部分的光，不满足相干光的条件。而将光源发出的一束光分解为两束，在经过不同的光程后相遇时，将满足相干条件，发生干涉现象。分波面法：使同一波阵面上的两点成为新的光源（满足相干光源的条件）分振幅法：将一束光分解为两束光（满足相干光条件）。相干光的产生波面分割法*光源振幅分割法一、杨氏双缝实验ThomasYong ,1773―1829英国物理

5、学家、医生和考古家，光的波动说的奠基人之一。波动光学：杨氏双缝干涉实验；生理光学：三原色原理；材料力学：杨氏弹性模量；考古学：破译古埃及石碑上的文字。实验装置P0S1S2S干涉条纹I同方向、同频率、有恒定初相差的两个单色光源所发出的两列光波的叠加形成干涉。dPDO理论分析考察屏上某点P处的强度分布。由于S1、S2对称设置，且大小相等，认为由S1、S2发出的两光波在P点的光强度相等，即I1=I2=I0，则P点的干涉条纹分布为dPDO◆表明P点的光强I取决于两光波在该点的光程差或相位差。dPDO光程差：光强极小光强极大光强极大位置（明纹）光强极小位置（暗纹）光强

6、分布图明纹暗纹(1)屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距一系列平行的明暗相间条纹讨论：(2)已知d,D及Δx,可测;(3)当用白光（复色光）作为光源时，在零级白色中央条纹两边对称地排列着几条彩色条纹。例：在杨氏双缝实验中,若把其中一缝挡住,则:（　）干涉条纹与原来一样,只是亮度减半;B.屏幕上出现一条与缝一样宽的亮线;C.屏上模糊一片;D.屏幕上仍出现明暗相间的条纹,但不是干涉条纹。思考：一定时，若变化，则将怎样变化？1）2）条纹间距与的关系如何？一定时，解：(1)明纹间距分别为例：双缝干涉实验中，用钠光灯作单色光源，其波长为589.3nm，屏与双缝的距

7、离D=600mm。求：(1)d1=1.0mm和d2=10mm，两种情况相邻明条纹间距分别为多大？(2)若相邻条纹的最小分辨距离为0.065mm，能分清干涉条纹的双缝间距d最大是多少？(2)双缝间距d例：用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d，缝面与屏距离为D。最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光结论：只能看见第一级光谱解：在400~760nm范围内，明纹条件为求：能观察到的清晰可见光谱的级次例：用折射率n=1.58的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹的位置上。如果入射光波长为550nm。求：此云母

8、片的厚度是多少？解：P点为第七级明纹位置时设云母片厚