大学物理学（下册）第13章 光的干涉与衍射ppt课件.ppt

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1、第13章波动光学本章内容13.1光的电磁理论13.2光源光波的叠加13.3光程光程差13.4双缝干涉13.5薄膜干涉13.6光的衍射13.7光栅衍射绪论3.量子光学：从光量子性质出发研究光的辐射及光与物质的相互作用的问题。光学：是研究光的本性,光的传播以及它和物质相互作用的学科。光学可分为三个分支：1.几何光学：几何光学主要是从直线传播，折射、反射定律等实验定律出发，基于光线模型讨论光的传播规律，主要用于处理光学成像问题。2.波动光学：以光波这一模型研究光的波动性的干涉、衍射、偏振等的学科。13.1光的电磁理论

2、微粒说：认为光是按照惯性定律沿直线飞行的粒子流。可解释了光的直线传播定律,并能对光的反射,折射作一定的解释。代表：牛顿波动说：认为“光同声一样，是以球形波面传播”，光是在一种特殊弹性媒质中传播的机械波，并且是纵波。代表：惠更斯和菲涅耳13.1.1光的微粒学说与波动学说之争通过实验验证：干涉衍射偏振根据麦克斯韦电磁波理论，电场强度矢量与磁感应强度矢量周期性变化在空间的传播形成电磁波。电磁波中能引起视觉和使感光材料感光的原因主要是振动着的电场强度，并把电场的振动称为光振动，电场强度称为光矢量。13.1.2光的电磁理

3、论旧波动理论和微粒学说一样，都是建立在机械论的基础之上，把光现象看作是一种机械运动过程，认为光是在某种特殊弹性介质一“以太”中传播的弹性波。这就产生一系列矛盾1865年，麦克斯韦建立起经典电磁理论体系，预言了电磁波的存在，指出电磁波的速度与光速相同，认为光是一种电磁现象，即光是看得见的电磁波，把光现象与电磁现象做了完美的统一。爱因斯坦在1905年创立狭义相对论，根本上否定了“以太”的存在，光波可以在自由空间传播。1.可见光范围光波是看得见的电磁波，其波长在3900nm~760nm之间，频率在7.5×1014~4

4、.1×1014Hz之间。这个范围之间的光波就是可见光。人眼感知的颜色由频率决定。表13.1.1可见光七彩颜色对应的波长和频率范围光色波长范围(nm)中心频率(Hz)中心波长(nm)红760~622660橙622~597610黄597~577570绿577~492540青492~470480兰470~455460紫455~40043013.2光源光波的叠加⑴光源能发光的物体称为光源。13.2.1光源普通光源的发光机制光源的分类：光致发光：由光激发引起的发光现象热光源：利用热能激发的光源电致发光：由电能直接转换为光

5、能化学发光：由化学反应引起的发光现象激光光源普通光源以后讨论的光波如不特别说明都是普通光源发出的。13.2.2光波的叠加1.光波的叠加设频率相同、振动方向相同的两列简谐光波，在同一均匀介质中传播至空间任意点P处相遇时，其光矢量振动方程分别为在P点叠加形成光波的振幅为其中为两列光波的相位差，有P12r1r2··2.相干叠加若这种现象称为光的干涉，形成的空间周期性的分布图像称为干涉花样恒定，就仅是位置的函数，则此时，光强将是位置的函数。光波在空间不同的区域的叠加，将形成强弱分布稳定的光强分布，即为相干叠加演示(a)

6、相长干涉（明）(b)相消干涉（暗）3.干涉明暗条件(c)若相位差为其他任意值时，光强介于明暗之间。13.2.3获得相干光的方法2.分振幅法在光源发出的光的某一波面上，分割出两个（多个）子波源，他们发出的光可产生干涉现象，此法称为分波阵面法。一列光波经过反射、折射后，形成的两列光波就是相干光产生干涉的方法称为分振幅法。振幅分割法波阵面分割法*光源1.分波阵面法演示1.定义：光通过的几何路程与介质折射率之积。即光程nr等于在相同的时间内光在真空中传播的几何路程。光程就是折算到真空中的路程。13.3.1光程光程的物理

7、意义：2.光程差两束光的光程之差。13.3光程光程差两振动初相相同的相干光，经过不同的介质到达P点，两光波在P点引起的振动为：13.3.2光程差和位相差的关系*P*可见，两列光波的位相差，不仅与它们经过的几何路程有关，还与介质有关。AB13.3.3薄透镜的等光程性AB焦平面13.3.4半波损失当光波从光疏介质正入射或掠入射到光密介质时，介质的分界面上，反射光的相位与入射光的相位之间产生的相位突变，这一变化相当于反射光光程变化了半个波长例：光程差为附加光程差为总光程差光程为相位差为13.4双缝干涉13.4.1杨氏

8、双缝干涉1.干涉装置双缝缝光源光屏干涉条纹演示1演示22.光程差计算根据几何关系：明纹暗纹3.条纹分布讨论明纹暗纹①.明纹位置：其中k为条纹的级次。当k=0时，x=0，形成中央零级明纹；其它各级明纹都有两条，且对称分布在屏幕中央两侧。②.暗纹位置：当k=0时，，为正负一级暗纹位置；其中k+1为条纹的级次。暗纹都有两条，且对称分布在屏幕中央两侧③.条纹间距：可以看出相邻明纹（暗纹）的间距