大学物理 第14章 波动光学基础ppt课件.ppt

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1、第14章波动光学基础本章内容：14.1光是电磁波14.2光源光波的叠加14.3获得相干光的方法杨氏双缝实验14.4光程与光程差14.5薄膜干涉14.6迈克耳孙干涉仪14.7惠更斯-菲涅耳原理14.9衍射光栅及光栅光谱14.10线偏振光自然光14.11偏振片的起偏和检偏马吕斯定律14.12反射和折射产生的偏振布儒斯特定律14.13双折射现象14.8单缝的夫琅禾费衍射14.1.1电磁波14.1光是电磁波1.电磁波的波源凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源例如：天线中的振荡电流分子或原子中电荷的振动2.电磁波是电场强度与磁

2、场强度的矢量波平面简谐电磁波的性质(1)(2)电磁波是横波和传播速度相同、相位相同(3)量值关系(4)波速(5)电磁波具有波的共性——在介质分界面处有反射和折射3.电磁波的能量真空中折射率电磁波的能量密度能流密度波的强度I结论：I正比于E02或H02,通常用其相对强度坡印亭矢量表示（坡印亭矢量）dA14.1.2光是电磁波光色波长(nm)频率(Hz)中心波长(nm)红760~622660橙622~597610黄597~577570绿577~492540青492~470480蓝470~455460紫455~400430

3、可见光七彩颜色的波长和频率范围说明：称为光矢量14.2光源光波的叠加14.2.1光源(1)热辐射(2)电致发光(3)光致发光(4)化学发光能级跃迁波列波列长L=c自发辐射(5)同步辐射光源(6)激光光源受激辐射自发辐射E2E1非相干(不同原子发的光)非相干(同一原子先后发的光)光波列长度与其单色性关系由傅里叶分析可知光波单色性..14.2.2光波的叠加P12r1r2··在观测时间τ内，P点的平均强度为·对于两个普通光源或普通光源的不同部分讨论(1)非相干叠加(2)相干叠加对于频率相同；相位差恒定；光矢量振动方向相

4、同的两束光的叠加干涉项相长干涉(明纹)如果相消干涉(暗纹)如果相干条件:(1)频率相同；(2)相位差恒定；(3)光矢量振动方向平行。结论14.3获得相干光的方法杨氏双缝实验1.杨氏双缝实验明条纹位置明条纹位置明条纹位置获得相干光的方法1.分波阵面法(杨氏实验)2.分振幅法(薄膜干涉)实验现象光强极小(光强极大位置)光强极大(光强极小位置)理论分析在z轴附近观察结论(1)屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为一系列平行的明暗相间条纹(4)当用白光作为光源时，在零级白色中央条纹两边对称地排列着几条彩色条纹(2)已知d

5、,D及Δx,可测(3)Δx正比,D;反比d颜色的次序2.洛埃镜S••xO接触处,屏上O点出现暗条纹半波损失O•有半波损失无半波损失入射波反射波透射波透射波没有半波损失(1)明纹间距分别为(2)双缝间距d为双缝干涉实验中，用钠光灯作单色光源，其波长为589.3nm，屏与双缝的距离D=600mm解例求(1)d=1.0mm和d=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？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解

6、最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光清晰的可见光谱只有一级例明纹条件为求能观察到的清晰可见光谱的级次14.4光程与光程差若时间t内光波在介质中传播的路程为r,则相应在真空中传播的路程应为改变相同相位的条件下真空中光波长光程光程是一个折合量，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传播的相应路程光程……一束光连续通过几种介质光程差物像之间的等光程性相位差与光程差关系光程1光程2光程3光程1=光程2=光程3光程1光程2光程1=光程214.5薄膜干涉反射光2反射光1·S12(分振幅法)两

7、条光线的光程差因为光程差14.5.1等厚干涉光线垂直入射反射光1反射光2入射光考虑半波损失光程差(1)同一厚度d对应同一级条纹——等厚条纹(2)两相邻明条纹(或暗条纹)对应的厚度差都等于若为空气层时，相邻明条纹(或暗条纹)对应的厚度差讨论1.劈尖干涉(3)测表面不平整度等厚条纹待测工件平晶光垂直入射时,两相邻条纹对应的空气层厚度差都等于相邻条纹之间距离Dadkdk+1明纹中心暗纹讨论(1)空气劈尖棱处是一暗纹(2)可测量小角度θ、微位移x、微小直径D、波长λ等2.牛顿环光程差明纹中心暗纹(1)测透镜球面的半径R已

8、知,测m、rk+m、rk，可得R(2)测波长λ已知R，测出m、rk+m、rk，可得λ(3)检测透镜的曲率半径误差及其表面平整度(4)若接触良好,中央为暗纹——半波损失样板待测透镜条纹半径讨论(5)透射图样与反射图样互补为了测量一根细的金属丝直径D，按图办法形成空气劈尖，用单色光照射形成等厚干涉条纹，用读数显微镜测出干涉明条纹的间距，就可以算出D。已知单色