大学物理ppt教程课件大学物理第11章.pptx

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1、第11章波动光学光的基本特性11.1光的干涉11.2光的衍射11.3光的偏振态11.411.1光的基本特性11.1.1光源的特点11.1.2光的叠加原理11.1.3光程光程差11.1.1光源的特点能发射光波的物体统称为光源.在光波中，产生感光作用与生理作用的主要是电场强度E，因此E常被称为光矢量,E的振动称为光振动.光在真空中的速度在介质中的速度其中，为介质的折射率；ε0，μ0分别为真空中的电容率和磁导率；εr，μr分别为介质中的电容率和磁导率.光的颜色由光的频率决定，频率一般只由光源决定而与介质无关.光学中常用波长反映光的颜色.可见

2、光的波长范围没严格的界限，真空中波长在600μm＞λ＞760nm范围的叫红外线，在760nm＞λ＞390nm范围的叫可见光，在390nm＞λ＞5nm范围的叫紫外线，在5nm＞λ＞0.04nm范围的叫X射线，λ＜0.04nm的叫γ射线.11.1.2光的叠加原理11.1.3光程光程差给定单色光的振动频率ν在不同媒质中是恒定不变的，而光速v却是真空中光速c的1/n(n为所在媒质的折射率)，由此可知，单色光在媒质中的波长λ将是真空波长的1/n见图，即由于光速与媒质有关，因此光在相等的时间内，在不同媒质中通过的距离不相等.设在某一段时间里，光在

3、真空中通过的距离是x，在相等的时间内，光在折射率为n的媒质中通过的距离是x′，则有把折射率n和相应几何路程x′的乘积称为光程.从同一点光源发出的两束光，各自通过不同的介质和路径后，在空间某点相遇时，它们的光程之差称为光程差，常简写为δ.于是光程差与相位差的关系为当δ=±kλ(k=0，1，2，…)时，干涉加强；当δ=±(2k+1)·λ/2(k=0，1，2，…)时，干涉减弱.11.2光的干涉11.2.1分波面干涉11.2.2分振幅干涉11.2.3迈克尔逊干涉仪11.2.1分波面干涉两束相干光叠加时，在叠加区域会出现某些区域的光始终加强，某

4、些区域的光始终减弱，而且加强和减弱的区域间隔出现，形成明暗相间的彩色条纹，这种现象称为光的干涉.杨氏实验的光路图如图所示：如图所示，以双缝的中垂线与观察屏的交点为原点，沿屏方向为x轴建立坐标，两光相遇时的光程差为由图中几何关系，得在空气中，n=1，有因干涉加强条件δ=±kλ(k=0，1，2，…)，得明纹中心的位置坐标当k=0时，δ=0，x=0，即中央位置是明纹，称为零级明纹；当k≠0时，x≠0，在中央明纹两侧对称分布k级明纹.同理，由相干减弱条件得暗纹中心的位置坐标干涉条纹的宽度或条纹间隔，是指两相邻明纹、暗纹中心间的距离.得杨氏双缝

5、干涉现象总结：(1)干涉条纹是关于中央明纹对称的明暗相间的等间隔条纹；(2)条纹宽度正比于D、λ；反比于d、n；(3)用白光入射，当δ=0时，k=0，故零级中央明纹为白光条纹，两侧对称分布的是从紫到红排列的彩色条纹，称为“光谱”.当k=1，2…时，相对应的明条纹称为第一级，第二级……明条纹，如图所示.①劈尖干涉的明、暗纹条件薄膜的折射率为n，其上下介质的折射率分别为n1和n2，当单色平行光垂直入射到薄膜表面时，上下两表面的反射光束便构成了一对相干光，并在膜表面A处相遇，其光程差为或11.2.2分振幅干涉②劈尖干涉条纹的分布规律(a)条

6、纹间距.任意两相邻明纹(或暗纹)所对应薄膜层的厚度差为两相邻明纹(或暗纹)中心的间距为劈尖楔角为显然，楔角θ越小，条纹越疏；反之越密.若θ过大，则条纹将密集得难以分辨，此时就观察不到干涉现象了.(b)条纹的形状特征.凡是薄膜厚度e相同的地方，光程差都相同，因而，这些点上的光强度也都相等.同一级干涉条纹下的薄膜具有相同的厚度,这样的干涉条纹叫做等厚条纹，这样的干涉叫做等厚干涉.由于劈尖干涉条纹是沿薄膜等厚线分布的等厚干涉条纹，因此其形状取决于薄膜等厚线的形状.若劈尖表面是平整的几何平面，则劈尖干涉条纹是平行于劈尖交棱的，等间距的直条纹.

7、(c)条纹的移动.若劈尖角θ发生变化，如图所示，则条纹间距l=λ/2nθ随之发生变化，干涉条纹随之移动.当劈尖角θ不变，但薄膜厚度发生变化时，如图(b)所示，在薄膜厚度的变化过程中，若某点干涉条纹的数目变化m条，则该点薄膜厚度的变化量为11.3光的衍射11.3.1光的衍射11.3.2惠更斯原理11.3.3单缝衍射11.3.1光的衍射波在传播过程中，当遇到与波长的数量级接近的障碍物时，其传播方向将发生改变，并绕过障碍物边缘继续前进，这种现象称为波的衍射现象.在光的衍射现象中，光不仅在“绕弯”传播，而且还能产生明暗相间的条纹.如图所示为障

8、碍物是细线、针等时所呈现的衍射条纹.11.3.2惠更斯原理在机械波中，我们用惠更斯原理的子波假设，可以解释波的传播方向，但不能解释波的强弱分布.菲涅耳在惠更斯原理的基础上提出了子波相干叠加的假设：同一波阵面上的各点发出的