1、第十章 波动光学,发展史,粒子说：17世纪19世纪,波动说：19世纪20世纪,光的干涉现象与性质,光的衍射现象与性质,光的偏振现象与性质,波粒二象性：20世纪初以来,一、光矢量（light vector),（自然界干涉现象）,产生感光和生理作用主要是电矢量,可见光：400760nm,光是电磁波，电场强度矢量 称为光矢量。,二、光的相干性,满足条件若干束光波的相遇区域里，有 些点振动始终加强（亮条纹），有些点振 动始终减弱（暗条纹），称为干涉现象。,光源：,普通光源，自发辐射，非相干光,激光光源，受激辐射，相干光,相干 条件,频率相同,振动方向相同,相遇点相位相同或相位差恒定,三、获得相干光(c
2、oherent light)的方法,分波面法:,S,S1,S2,分振幅法:,补充条件,振幅相差不能太大；,光程差不能太大。,一、杨氏双缝干涉,1.实验装置,2.干涉加强、减弱条件,波程差,由极值条件：,（明纹）,（暗纹）,得到,3.条纹特征,相邻条纹等间距,(2)用白色光源时，中央条纹为白色，其它各级形成彩色条纹分布。,(1)明暗条纹对称分 布在中央明纹两侧。,二、洛埃镜实验,实验装置,实验意义,验证了半波损失的存在。,一、光程与光程差,1.光程(optical path),光程是指光在同样时间里，在真空中通过的几何路程。,光程等于光在媒质中通过的几何路程与媒质折射率的乘积。,注意：,2. 光
3、程差(optical path difference),两束光的光程之差，称为光程差。,n2 = n1 = n 时，,2o 光通过薄透镜时不产 生附加的光程差。,d = n2 r2 - n1 r1,1o 光程差与位相差关系是,二、薄膜干涉（film interference),白光入射,单色光入射,由折射定律 n1sin i = n2sin r,考察光源发出任一光线,1.均匀薄膜干涉（n 2 n 1）,干涉极值条件是：,10 对厚度均匀的薄膜，e一定,同一条干涉条纹上各点对应入射线的入射角相同，称为等倾干涉(equal inclination fringes)。,垂直入射时：（i = 0）,观
4、察等倾条纹的实验装置和光路,条纹变化,20 半波损失视折射率分布而定,考虑半波损失,不考虑半波损失,当,当,30 透射光干涉（n 2 n 1）,如果 i = 0，则,40 增透（射）膜和增反射膜,增透膜:,由透射光加强条件,注意：也可以利用反射减弱条件,由反射光加强条件,增反膜:,注意：也可以利用透射减弱条件,2. 非均匀薄膜干涉,(1) 劈尖（wedge film）,夹角很小两个平面所构 成的薄膜叫劈尖。,1、2两束反射光,例如在膜面上(A点）,来自同一束入射光，,它们可以产生干涉。,干涉形成：,可行成明暗条纹。,对垂直入射，光程差为：,反射光1,单色平行光垂直入射,反射光2,明纹,暗纹,对
5、空气劈尖，n2 = 1,10 对一定入射角光线,同一条干涉条纹上各点对应入射线的厚度相同，称为等厚干涉(equal thickness fringes)。,形成平行于棱边的明暗 相间干涉条纹.,20 相邻两条纹间隔对应的薄膜厚度差,D e = ek+1 - ek,空气劈尖 n=1,(2) 牛顿环(Newton ring),将平凸镜与一块平板玻璃叠放在一起，用单色平行光垂直照射，由平凸镜下表面和平板玻璃上表面两束反射光干涉，产生牛顿环干涉条纹。,平凸透镜,平晶,光程差：,如图所示,利用极值条件得到条纹半径：,暗纹,明纹,条纹间距，,内圈的条纹级次低。,思考, 平凸透镜向上移,条纹, 白光入射条纹
6、情况如何？,牛顿环装置简图,怎样移动?, 透射光条纹情况如何？,白光条纹,三. 薄膜条纹的应用,1. 劈尖的应用, 测波长：已知、n，测 l 可得, 测折射率：已知、 ，测 l可得 n, 测细小直径、, 测表面不平度,依据公式,厚度、,微小变化：,2. 牛顿环的应用, 测透镜球面的半径R, 测波长, 检验透镜球表面质量,已知 , 测 m、rk+m、rk ，可得R 。,已知R，测出m 、 rk+m、rk， 可得 。,依据公式,若条纹如图，,说明待测透镜,球表面不规则，且半径有误差。,一圈条纹对应 的球面半径误差。,迈克尔逊在工作,迈克尔逊（A.A.Michelson）,因创造精密光学仪器，用以进
7、行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速，获1907年诺贝尔物理奖。,美籍德国人,一、仪器结构、光路,补偿板补偿两臂的附加光程差,二 、工作原理,光束2和1发生干涉,注意：若M1平移d 时,等厚干涉条纹移过N条；,等倾干涉条纹中心吞（吐）N个条纹。,等倾条纹,若M1、M2平行 等倾条纹,若M1、M2有小夹角 等厚条纹,如何区分如下两种情况?,例1.,1若测得同侧第,2若入射光波长是610-7m, 相邻两明纹的间距。,在杨氏双缝干涉实验中，双缝间距是,屏幕到双缝的垂直距离是,一级明纹到第四级明纹距离是7.5mm, 求光波长,解:1由,2当610-7m时，相邻明纹间隔是,例2.,杨氏装置中，光波长是
8、6.410-7m，两缝间,隔a=0.4mm, 距离D=50cm, 求：1两个第三级明纹的距离；2若屛上P点距离中心是0.1mm, 则从双缝发出的两束光在P点的位相差是多少？,解：1,2,例3.,覆盖其中的一条狭缝，屏幕上的第七级明条纹恰好移到第二级明条纹的位置。如果入射光的波长为 ，则这云母片的厚度应为多少？,在双缝装置中，用一很薄的云母片（n=1.58）,解：未加介质片时,加介质片后,例4.白色平行光垂直入射到相距为0.25mm的双缝,上，距缝50cm处放置屏幕。试分别求出第一级和第五级明纹彩色带的宽度。（设白光的波长范围是40007600),解:,由干涉条纹位置公式,k=1时：,k=5时：
9、,例5.一薄玻璃片,其厚度为 ,折射率为 1.5,置于空气中。用白光垂直照射，问在可见光的范围内，哪些波长的光在反射中加强，哪些波长的光在透射中加强？,欲反射加强,则有:,在可见光范围内取：,解：,欲透射加强,则有:,在可见光范围内取：,例6.在折射率为 的照相机镜头表面镀,有一层折射率为 的 增透膜，如果此膜适用于波长 的光，问膜的最小厚度应是多少？,解：,对该波长满足相消条件,对最薄情况，取：,例7.一单色光垂直照射在厚度均匀的薄油膜上，,油膜覆盖在玻璃板上，油的折射率为1.3,玻璃的折射率为1.5，若单色光的波长可由光源连续可调,并观察到5000与7000这两个波长的单色光在反射中消失,求油膜的厚度。,解：,根据反射相消条件：,例9.一劈尖,折射率 , 尖角,1 此单色光在空气中的波长；,2 劈尖长3.5cm，可出现多少条明纹。,解：1,2明纹总数是,注：棱边为暗纹，L被l整除，暗纹15条，明纹14条,例10.用波长为 的单色光垂直照射油膜。,2 油膜继续展开过程中干涉条纹怎样变化？,解：,1根据半波损失判断：外边为暗纹,2油膜继续展开的过程中干射条纹半径扩大，个数减少，变稀，中心处明暗交替改变。,
