15光学复习讲解优秀PPT.ppt

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1、1光学复习214-6 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪14-4 薄膜干涉薄膜干涉14-3 光程和光程差光程和光程差 14-2 杨氏双缝干涉试验杨氏双缝干涉试验14-1 光源光源 光的相干性光的相干性14-5 劈尖劈尖 牛顿环牛顿环第十四章第十四章 光的干涉光的干涉3原子发出的有限长波列。原子发出的有限长波列。波列波列波列长波列长L=c一一.光的相干性光的相干性 一般光源发出的光是由构成光源的大一般光源发出的光是由构成光源的大量原子或分子运动状态变更时发出的。量原子或分子运动状态变更时发出的。141 光源光源 光的相干性光的相干性获得相干光的两种方法：获得相干光的两种方法：获得相干光的两种方法：获得

2、相干光的两种方法：分波阵面法分波阵面法 分振幅法分振幅法123S*S1S24 光强分布：光强分布：干涉项干涉项 相干条件相干条件振动方向相同；振动方向相同；频率相同；频率相同；相位差恒定。相位差恒定。相长相长相消相消相长相长相消相消5 初相相同的两相干波叠加初相相同的两相干波叠加后加强与减弱的条件为：后加强与减弱的条件为：明条纹明条纹暗条纹暗条纹14-2 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验Pr1 r2 xxDOS1S2MBd波程差计算波程差计算条纹间距条纹间距加强加强减弱减弱6一一.光在介质中的波长光在介质中的波长二二.光程、光程差光程、光程差折射率与几何路程的乘积折射率与几何路程的乘积 nr

3、称为称为光程光程。两相干光波在不同介质中传播时，两相干光波在不同介质中传播时，光程差光程差=n2 r2-n1 r1三三.薄透镜的一个性质薄透镜的一个性质志向的薄透镜不会引起附加光程差。志向的薄透镜不会引起附加光程差。14-3 光程和光程差光程和光程差 7一一.平行平面薄膜产生的干涉平行平面薄膜产生的干涉123ABC面光源面光源薄膜薄膜透镜透镜Nr 一厚度为一厚度为 e 的的平行平面薄膜，折平行平面薄膜，折射率为射率为 n，置于折射，置于折射率为率为 n 的介质中。的介质中。从面光源从面光源S发出光线发出光线1，以入射角，以入射角 i 入射入射14-4 薄膜干涉薄膜干涉 光线光线 2 和光线和光

4、线 3 的光程差为的光程差为:8当光垂直入射，即当光垂直入射，即 i=0，P 点出现明暗纹的条件为点出现明暗纹的条件为?留意这一项留意这一项二二.等倾干涉条纹等倾干涉条纹k9 增透膜增透膜增透膜增透膜 利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来削减反射，从而使透射增加。干涉条件来削减反射，从而使透射增加。干涉条件来削减反射，从而使透射增加。干涉条件来削减反射，从而使透射增加。增反膜增反膜增反膜增反膜 利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长利用薄膜上、下表面反射光的光

5、程差满足相长利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，使反射光因干涉而加强。干涉，使反射光因干涉而加强。干涉，使反射光因干涉而加强。干涉，使反射光因干涉而加强。（平行平面薄膜干涉的应用）（平行平面薄膜干涉的应用）三三.增透膜和增反膜增透膜和增反膜10一一.劈尖（劈形膜）产生的干涉劈尖（劈形膜）产生的干涉2C1空气：空气：14-5 劈尖劈尖 牛顿环牛顿环在厚度在厚度 e 处出现明、暗纹的条件为处出现明、暗纹的条件为 对应于各级明、暗纹的厚度分别为对应于各级明、暗纹的厚度分别为 11 设设 l 表示两相邻的明纹或暗纹之间距离，表示两相邻的明纹或暗纹之间距

6、离，为为劈尖夹角，依据劈尖夹角，依据有如下关系式有如下关系式lekek+1nek+1-ek两相邻明纹间距两相邻明纹间距两相邻明纹处劈两相邻明纹处劈尖厚度差尖厚度差/2n对于空气：对于空气：n1，厚度差为厚度差为/2得到两相邻明条纹之间的距离为得到两相邻明条纹之间的距离为12明环明环暗环暗环明环明环暗环暗环或或 设薄膜折射率为设薄膜折射率为 n，则则在有半波损失时的光程差在有半波损失时的光程差erRCO二二.牛顿环牛顿环13 平移距离平移距离 d 与条纹移动数与条纹移动数N 的关系满足：的关系满足：M 12211S半透半反膜半透半反膜M2M1G1G2E14-6 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪一、迈

7、克尔逊干涉仪一、迈克尔逊干涉仪相干长度相干长度二、光源的非单色性对干涉条纹的影响二、光源的非单色性对干涉条纹的影响 （光场的时间相干性）（光场的时间相干性）1415-5 晶体对晶体对X-射线的衍射射线的衍射15-4 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器的辨别本事光学仪器的辨别本事15-3 光栅衍射光栅衍射15-2 单缝夫琅禾费衍射单缝夫琅禾费衍射15-1 光的衍射现象光的衍射现象 惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理第十五章第十五章 光的衍射光的衍射15一一.光的衍射现象光的衍射现象15-1 光的衍射现象光的衍射现象 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理 菲涅耳衍射菲涅耳衍射 光源和光屏或者两者之一离障碍物的

8、光源和光屏或者两者之一离障碍物的距离为有限远时产生的衍射。距离为有限远时产生的衍射。二二.菲菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射涅耳衍射和夫琅禾费衍射 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射 光源和屏离障碍物的距离均为无限光源和屏离障碍物的距离均为无限远时所产生的衍射。远时所产生的衍射。三三.惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理 惠更斯原理惠更斯原理-波在媒质中传播到的各点，都可看波在媒质中传播到的各点，都可看成新的子波源。成新的子波源。菲涅耳原理菲涅耳原理-波传播到某一点的光强为各个子波波传播到某一点的光强为各个子波在视察点的干涉叠加。在视察点的干涉叠加。16屏幕屏幕I 装置装置:S透镜透镜L1透镜透镜L2a单缝单缝光源

9、光源屏屏f1f2一一.单缝衍射装置及衍射图样单缝衍射装置及衍射图样15-2 单缝夫琅禾费衍射单缝夫琅禾费衍射Isin 017二二.菲涅耳菲涅耳半波带法半波带法 分析单缝衍射条纹分布规律分析单缝衍射条纹分布规律明暗纹条件：明暗纹条件：中央明纹中心中央明纹中心各级明纹中心各级明纹中心暗纹暗纹注意：注意：两第一级暗纹的间距为中心明纹宽度，其半角宽度为两第一级暗纹的间距为中心明纹宽度，其半角宽度为中央明纹的线宽度为中央明纹的线宽度为 其它明纹宽度其它明纹宽度18abd刻痕，遮光刻痕，遮光未刻，缝透光未刻，缝透光透射光栅透射光栅:刻痕玻璃刻痕玻璃光栅常数光栅常数:由大量等宽、等间距的平行狭缝所构成的光学

10、由大量等宽、等间距的平行狭缝所构成的光学元件称为光栅。元件称为光栅。一一.光栅光栅15-3 光栅衍射光栅衍射lN 条条19光光屏屏光栅光栅衍射角衍射角狭缝狭缝光源光源望远镜望远镜平行光管平行光管衍射光栅实验装置衍射光栅实验装置狭缝处形成缝光源狭缝处形成缝光源光栅衍射图样光栅衍射图样红光红光白光白光二二.光栅的衍射图样光栅的衍射图样20 两相邻缝对应点发出的沿两相邻缝对应点发出的沿 角方向的平行光经透镜后会角方向的平行光经透镜后会聚于聚于一一点，光程差为点，光程差为三三.衍射光栅产生明纹的条件衍射光栅产生明纹的条件a+b(a+b)sin 随意两缝上对应点发出的光线到该点光程差是随意两缝上对应点发

11、出的光线到该点光程差是入射波长的整数倍，相互加强，形成明条纹，此处入射波长的整数倍，相互加强，形成明条纹，此处光强有最大值，称为主最大。光强有最大值，称为主最大。当满足条件当满足条件光栅方程光栅方程21 缺级现象缺级现象：假如 的值满足光栅方程的明纹条件，又满足单缝衍射的暗纹条件，该明纹将不出现，这一现象称为缺级，即所缺级的级次所缺级的级次 k 为为光栅方程的明纹条件光栅方程的明纹条件单缝衍射的暗纹条件单缝衍射的暗纹条件(为整数比为整数比)当当22斜入射时的光栅方程斜入射时的光栅方程明纹条件：明纹条件：该侧条纹该侧条纹级次增加级次增加该侧条纹该侧条纹级次减少级次减少23 艾里斑所对应的角半艾里

12、斑所对应的角半径径 1 满足满足相对光相对光强曲线强曲线sin 1I/I00艾里斑艾里斑艾艾里斑的里斑的半半径为径为d 是圆孔直径是圆孔直径一一.圆孔的夫琅禾费衍射圆孔的夫琅禾费衍射15-4 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领24最小分辨角最小分辨角分辨本领分辨本领 在恰能辨别时，两个点光源在透镜前所张的角度，在恰能辨别时，两个点光源在透镜前所张的角度，称为最小辨别角称为最小辨别角 0，等于爱里斑的半角宽度。，等于爱里斑的半角宽度。最小分辨角的倒数最小分辨角的倒数 称为光学仪器的称为光学仪器的分辨率（分辨本领）分辨率（分辨本领）s1s2 0 0d*二二.光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领2

13、5一、一、X射线射线其特点是：其特点是：1.在电磁场中不发生偏转；在电磁场中不发生偏转；2.穿透力强；穿透力强；3.波长较短的电磁波，为波长较短的电磁波，为0.001nm10nm。AK高压高压 1895年伦琴发觉，高速电年伦琴发觉，高速电子撞击某些固体时，会产生一子撞击某些固体时，会产生一种看不见的射线，这就是种看不见的射线，这就是X射射线或伦琴射线。线或伦琴射线。15-5 晶体对晶体对X-射线的衍射射线的衍射26反射加强的条件反射加强的条件：布拉格公式布拉格公式 晶格常数晶格常数 dd d dsin 12晶面晶面ACB掠射角掠射角 与与 x 射线衍射相类似，在显示实物粒子射线束的射线衍射相类

14、似，在显示实物粒子射线束的波动性试验中，也接受布拉格方法来论证有关现象。波动性试验中，也接受布拉格方法来论证有关现象。二、布拉格公式二、布拉格公式27第十六章第十六章 光的偏振光的偏振 16 161 1 自然光和偏振光自然光和偏振光 16 162 2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律 16 163 3 反射和折射时间的偏振反射和折射时间的偏振 16 164 4 光的双折射光的双折射*16*165 5 偏振光的干涉偏振光的干涉*16*166 6 人为双折射现象和旋光现象人为双折射现象和旋光现象28 1、自然光、自然光 各个方向上光振动振幅相同的光，称为各个方向上光振动振幅相同的光，称为

15、自然光自然光。16-1 自然光和偏振光自然光和偏振光2、线偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）线偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）光波的光矢量方向始终不变，只沿一个固定方向振动。光波的光矢量方向始终不变，只沿一个固定方向振动。3 3、部分偏振光、部分偏振光 光波中不同方向上的光振动振幅不等光波中不同方向上的光振动振幅不等,介于自然光和介于自然光和线偏振光之间。线偏振光之间。29 马吕斯定律马吕斯定律 强度为强度为 的偏振光，通过检偏器后，透射光的的偏振光，通过检偏器后，透射光的强度为：强度为：I=I1 cos 2 其中其中为检偏器的偏振为检偏器的偏振化方向与入射偏振光的化方向与入射偏

16、振光的偏振化方向之间的夹角。偏振化方向之间的夹角。AI 特殊提起留意：上式中的特殊提起留意：上式中的特殊提起留意：上式中的特殊提起留意：上式中的 I1 I1 是偏振光的强度，是偏振光的强度，是偏振光的强度，是偏振光的强度，不要理解成自然光的强度。不要理解成自然光的强度。不要理解成自然光的强度。不要理解成自然光的强度。16-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律 30 反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一角等于某一特定值特定值 i0 且满足且满足这时反射光成为线偏振光。这时反射光成为线偏振光。布儒斯特定律布儒斯特定律起偏振角、起偏振角、布

17、儒斯特角布儒斯特角自然光自然光线偏振光线偏振光部分偏振光部分偏振光(垂直于入射面垂直于入射面)16163 3 反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振31反射光与折射光的性质小结反射光与折射光的性质小结i=i0 时时 i i0 时，反射光、折射光都是部分偏振光。时，反射光、折射光都是部分偏振光。反射光中垂直于入射面的成分较多。反射光中垂直于入射面的成分较多。为完全偏振光，振动面与入射面垂直；为完全偏振光，振动面与入射面垂直；反射光线与折射光线垂直；反射光线与折射光线垂直；反射光线只占入射光垂直振动的一小部分。反射光线只占入射光垂直振动的一小部分。反射光反射光折射光折射光为不完全偏振光（部分偏振

18、光）；为不完全偏振光（部分偏振光）；含入射光中全部平行振动和部分垂直振动；含入射光中全部平行振动和部分垂直振动；要变成完全偏振光，用玻璃堆。要变成完全偏振光，用玻璃堆。32当一束光折射进入各向异性的媒质（如方解石晶体）当一束光折射进入各向异性的媒质（如方解石晶体）时，分裂为两束光线，这样的现象称为双折射现象。时，分裂为两束光线，这样的现象称为双折射现象。所分裂的两束光线，其中一束遵从正常的折射定律所分裂的两束光线，其中一束遵从正常的折射定律（n是常量），称之为寻常光，用是常量），称之为寻常光，用o表示，简称表示，简称o光。光。另外一束不遵从正常的折射定律（另外一束不遵从正常的折射定律（n不是常

19、量，与入不是常量，与入射角有关），称之为特殊光，用射角有关），称之为特殊光，用e表示，简称表示，简称e光。光。经发觉：经发觉：寻常光（寻常光（o光）和特殊光（光）和特殊光（e光）都是线偏振光光）都是线偏振光o光的振动方向垂直于其主平面；光的振动方向垂直于其主平面；e光的振动方向包含在其主平面内。光的振动方向包含在其主平面内。164 光的双折射光的双折射 33线偏振光射向线偏振光射向波波片后，分成片后，分成 o o 光、光、e 光，相应的光，相应的相位差为相位差为 波片波片 （波晶片）（波晶片）波片是厚度匀整，光轴与表面平行的晶体薄片。波片是厚度匀整，光轴与表面平行的晶体薄片。1/41/4波片：波片：波片：波片：能使能使 o 光、光、e 光光出射时产生出射时产生(2k+1)/2 的相位差的波片。的相位差的波片。1/2 1/2 1/2 1/2 波片：波片：波片：波片：能使线偏振光出射时的两束线偏振光能使线偏振光出射时的两束线偏振光产生产生 (2k+1)的相位差，这样的波片称为的相位差，这样的波片称为1/2 波片。波片。