高二物理竞赛第十六讲光的干涉、衍射、偏振课件共35张.ppt

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1、1,光的干涉、衍射、偏振,2,光学是研究光的传播以及它和物质相互作用问题的学科。,光学通常分为以下三个部分：, 几何光学：,以光的直线传播规律为基础，, 波动光学：,研究光的电磁性质和传播规律，, 量子光学：,以光的量子理论为基础，,研究各种成像光学仪器的理论。,是干涉、衍射、偏振的理论和应用。,物质相互作用的规律。,主要,研究光与,特别,3,第三章 光的干涉 第四章 光的衍射 第五章 光的偏振,波动光学目录,4,第三章 光的干涉,3.1 光源的相干性,（Interference of light）,3.2 双缝干涉及其他分波面干涉实验,3.3 时间相干性,3.4 空间相干性,3.5 光程,3

2、.6 薄膜干涉（一） 等厚条纹,3.7 薄膜干涉（二） 等倾条纹,3.8 迈克耳孙干涉仪,5,丰富多彩的干涉现象,水膜在白光下,白光下的肥皂膜,6,蝉翅在阳光下,蜻蜓翅膀在阳光下,白光下的油膜,肥皂泡玩过吗?,7,等倾条纹,牛顿环(等厚条纹),测油膜厚度,平晶间空气隙干涉条纹,8,3.1 光源的相干性,一. 光源（light source）,光源的最基本发光单元是分子、原子。, = (E2-E1)/h,E1,E2,能级跃迁辐射,波列长 L = c,9,2. 激光光源：受激辐射, = (E2-E1) / h,完全一样,1. 普通光源：自发辐射,独立（同一原子先后发的光）,独立（不同原子发的光）,

3、（传播方向，,频率，,相位，,振动方向）,10,二. 光的相干性,1. 两列光波的叠加,P：,（只讨论电振动）,11,非相干光源：,I = I 1 + I 2 非相干叠加,完全相干光源：, 相长干涉（明）,（k = 0,1,2）, 相消干涉（暗）,(k = 0,1,2),12,衬比度差 (V 1),衬比度好 (V = 1),振幅比，, 决定衬比度的因素：,光源的宽度,光源的单色性，,干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）。,2. 条纹衬比度（对比度，反衬度）(contrast),13,3.普通光源获得相干光的途径,P,S *,分波面法:,分振幅法：,P,薄膜,S *,在 P 点相干叠加,14

4、,2 双缝干涉及其他分波面干涉实验,杨(T.Young)在1801年首先发现光的干涉现象，并首次测量了光波的波长。,15,一. 双缝干涉,r1,r2,单色光入射,d ，D d （d 10 -4m， D m）,波程差：,相位差：,P,16,明纹,暗纹,条纹间距：,17,(1) 一系列平行的明暗相间的条纹；,(3) 中间级次低，两边级次高；,明纹： k ，k =1，2（整数级）,暗纹： (2k+1)/2 （半整数级）,(4),条纹特点：,(2) 不太大时条纹等间距；,白光入射时，0级明纹中心为白色,（可用来定0级位置），,其余级明纹构成彩带，,第2级开始出现重叠（为什么？）,（某条纹级次 = 该条

5、纹相应的 之值）,18,白光入射的杨氏双缝干涉照片,红光入射的杨氏双缝干涉照片,您能判断0级条纹在哪吗？,19,白光入射时，0级亮纹为白色（可用来定0级位置），其余级亮纹构成彩带,第二级亮纹就出现重叠。,0.4 ,0.76 ,0.4 ,0.76 ,20,例题、双缝干涉实验中，以波长5876A0的 光照射双缝时，在距离双缝2.25m处 的屏幕上产生间距为0.50mm的干涉条纹。 求两缝之间的距离。,21,二 . 光强公式,若 I1 = I2 = I0 ，,则,光强曲线,22,三、干涉问题分析的要点：(1)相干光是谁(2)计算波程差(光程差)(3)条纹特点(形状、位置、分布、条数、 移动等)(4)

6、光强公式、光强曲线,23, 四. 其他分波面干涉实验,要求明确以下问题：,1.如何获得的相干光；,2.明、暗纹条件；,3.干涉条纹特点：,4.劳埃镜实验说明了什么？,重点搞清劳埃镜实验。,形状、,间距、,级次位置分布；,（自学书P186187）,24,劳 埃 镜 的 干 涉,M,或,处理办法：等效双缝,思考：为什么光程差公式中出现了,25,S,双棱镜,双 棱 镜 的 干 涉,26,M1,M2,S,双 面 镜 的 干 涉,27,杨氏双缝花样 双棱镜花样,劳埃镜花样,28,杨氏双缝实验,29,1.相干长度（coherent length）,2.相干时间（coherent length）,光的单色性

7、好，,相干长度和相干时间就长，,时间相干性也就好。,30,例1、 在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光光源，其波长范围为 =100n m，平均波长为=490nm。试估算从第几级开始条纹变的无法分辨？,31, 3.4 空间相干性（spatial coherence）,1. 极限宽度,当光源宽度b增大到某个宽度b0时，,干涉条,纹刚好消失：,时，才能观察到干涉条纹。,2. 相干间隔,3. 相干孔径角,32,3.5 光程（optical path）,一. 光程,真空中：,介质中：, 介质中波长, 真空中波长,33,为介质中与路程 r相应的光程。,这表明，光在介质中传播路程 r, 真空中波长,传播路程 nr 引起的相位差相同。,我们称 nr,由此得到关系：,例2如图，计算两相干光源通过路程 r1 和 r2 在P点的相差。（两光源初相都为零）,和在真空中,34,例3 双缝干涉实验中，S2缝后加一个厚度 为d，折射率为n的透明介质。问： 1）中央明纹移向哪个方向？ 2）若波长为5500 ，d=5.6 m，零级变为第7级，则n=?,35,二. 透镜不会产生附加光程差,物点到象点（亮点）各,在干涉和衍射装置中经常要用到透镜，,光线经过透镜后并不附加光程差。,焦点 F、F 都是亮点，,说明各光线在此同相叠加。,而 A、B、C 或 a、b、c,都在同相面上。,光线之间的光程差为零。,