波动光学课件ppt.ppt

《波动光学课件ppt.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《波动光学课件ppt.ppt（34页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程课件制作人基础课部物理教研室赵存虎赵存虎2001.6.主要参考资料：主要参考资料：清华大学编大学物理电子课件清华大学编大学物理电子课件第第五五篇篇(光的干涉光的干涉)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程第十六章第十六章 光的干涉光的干涉.1.(Interference of Light)16-1 光的电磁理论光的电磁理论16-2 光源光源 相干光相干光16-3 双缝干涉双缝干涉16-4 光程和光程差光程和光程差1

2、6-5 薄膜干涉薄膜干涉16-6 劈尖干涉劈尖干涉 牛顿环牛顿环16-7 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程16-1 光的电磁理论光的电磁理论(Electromagnet Theory of Light)一、电磁波的产生与传播一、电磁波的产生与传播二、电磁波的性质二、电磁波的性质1.电磁波的电场强度电磁波的电场强度 和磁场强度和磁场强度 在同一地在同一地点同时存在，且具有相同位相；点同时存在，且具有相同位相；根据麦克斯韦电磁场理论：变化的电场与变根据麦克斯韦电磁场理论：变化的电场与变化的磁场

3、相互激发，形成化的磁场相互激发，形成电磁场电磁场；电磁场在空；电磁场在空间中以一定的速度间中以一定的速度 传播，形成传播，形成电磁波电磁波.2.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.电磁波是横波电磁波是横波且满足右螺旋且满足右螺旋(如上图如上图)3.和和 的关系的关系4.电磁波的速度电磁波的速度真空中真空中:5.介质的折射率介质的折射率.3.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程三、电磁波的辐射强度三、电磁波的辐射强度 单位时间内通过垂直于波速方向

4、单位面积单位时间内通过垂直于波速方向单位面积的辐射能量的辐射能量,称为称为辐射强度辐射强度,也称也称坡印廷矢量坡印廷矢量:在光学中在光学中,通常把一个周期内电磁波辐射强度通常把一个周期内电磁波辐射强度的平均值称为的平均值称为光的强度光的强度.常使用其相对大小常使用其相对大小:v可见可见,光强正比于电场强度振幅的平方光强正比于电场强度振幅的平方.四、光是电磁波四、光是电磁波 理论和实验证实光理论和实验证实光(可见光可见光)是电磁波是电磁波;红外线、红外线、紫外线、紫外线、X射线等都是电磁波射线等都是电磁波,统称统称“光光”.4.或或病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且

5、在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程16-2 光源光源 相干光相干光一、光源一、光源光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子 =(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射波列波列波列长波列长L=c1.普通光源：普通光源：自发辐射自发辐射独立独立(不同原子发的光不同原子发的光)独立独立(同一原子先后发的光同一原子先后发的光).5.(Light Source,Coherent Light)称为相干时间称为相干时间病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.激光光源：激光光源：受激辐射受激

6、辐射 =(E2-E1)/hE1E2 完完全全一一样样(频频率率,位位相相,振振动动方方向向,传传播播方向方向)二、光的相干性二、光的相干性 1.相干条件：相干条件：频率相同；振动方向相同；位相差恒定频率相同；振动方向相同；位相差恒定 p12r1r2P:E0E10E202.相干光的强度分布相干光的强度分布.6.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程相干相干加强加强条件条件(k=0,1,2,3)相干相干减弱减弱条件条件(k=0,1,2,3)3.条纹衬比度条纹衬比度(对比度，反衬度对比度，反衬度).7.病原体侵入机体，消弱机体防

7、御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程4.普通光源获得相干光的途径普通光源获得相干光的途径pS*分波阵面法分波阵面法分振幅法分振幅法p薄膜薄膜S*衬比度差衬比度差 (V，D d (d 10-4m,D 100 m)波程差：波程差：相位差：相位差：xI.9.(Interference of Tow Gap)(动画动画)实现双缝干涉的条件：实现双缝干涉的条件：(几何路程差几何路程差)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程v相邻相邻明明条纹条纹或暗或暗条纹的条纹的间距间距(1)平行、明

8、暗相间、等间距平行、明暗相间、等间距(不太大不太大)的条纹；的条纹；双缝干涉条纹特点双缝干涉条纹特点：(2)当当D、一定，则缝间距一定，则缝间距d 越小，条纹越疏；越小，条纹越疏；2.暗条纹条件暗条纹条件.10.10.暗条纹位置暗条纹位置1.明条纹条件明条纹条件明条纹位置明条纹位置k 为条为条纹级次纹级次病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程二、光强分布二、光强分布若若 I1=I2=I0则则I0 2-2 4-4 k012-1-24I0 x0 x1x2x-2x-1sin 0 /d-/d-2 /d2 /d.11.(5)越靠近中

9、央，级次越低越靠近中央，级次越低.(4)用白光作光源可见彩色条纹，从中央明纹向用白光作光源可见彩色条纹，从中央明纹向两边由紫色到红色，且随级次两边由紫色到红色，且随级次 k 的增大，条纹的增大，条纹发生重叠；发生重叠；(3)当当D、d一定，则波长一定，则波长越短，条纹越密；越短，条纹越密；病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程半波损失半波损失:光从光疏介质光从光疏介质(折射率小折射率小)向光密介质向光密介质(折射率大折射率大)入射时，反射光的位相落后于入射光入射时，反射光的位相落后于入射光的位相的位相，相当于相当于反射光少

10、走反射光少走 /2的光程的光程.S2*ES1*LK三、洛埃镜实验：三、洛埃镜实验：当当点光源点光源S1发出的光几乎平行于镜面发出的光几乎平行于镜面KL入入射时，反射光与直射光在相遇区域产生干涉。射时，反射光与直射光在相遇区域产生干涉。反射光发生反射光发生半波损失。半波损失。.12.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(一一).光的非单色性光的非单色性1.理想的单色光理想的单色光 、2.准单色光、谱线宽度准单色光、谱线宽度 准准单单色色光光：在在某某个个中中心心波波长长(频频率率)附附近近有有一一定定波长波长(频率频率)范

11、围范围的光。的光。0 oII0I0/2 谱线宽度谱线宽度自然宽度自然宽度 造成谱线宽度的原因造成谱线宽度的原因*四、相干长度与相干时间四、相干长度与相干时间 谱线宽度：谱线宽度：.13.Ei+1 Ei+1Ei Ei病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(二二).相干长度与相干时间相干长度与相干时间1.相干长度相干长度 两波列能发生干涉的最大波程差为两波列能发生干涉的最大波程差为相干长度相干长度 为中心波长v只只有有同同一一波波列列分分成成的的两两部部分分经经不不同同的的光光程程再再相相遇遇时时才能发生干涉。才能发生干涉。为

12、干涉的最大级次为干涉的最大级次.14.SS1S2c1c2b1b2a1a2 pS1S2Sc1c2b1b2a1a2p波波列列长长度度就就是相干长度是相干长度注注:“”等等代代表表波波列列光通过相干长度所需时间光通过相干长度所需时间2.相干时间相干时间由由 可见可见病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程16-4 光程和光程差光程和光程差一、光程一、光程abnru媒质媒质定义光程定义光程:L=nr光在光在媒质中媒质中行走时间行走时间此时间内光在此时间内光在真空中真空中行走路程为：行走路程为：物理意义：物理意义：将光在媒质中行走的将

13、光在媒质中行走的几何路程几何路程 r 折算折算成光在成光在真空中真空中行走的路程行走的路程 nr.15.(Optical Distance,Optical Path Difference)则则在媒质中的波长在媒质中的波长 n设光在设光在真空中的波长真空中的波长为为，n 0,中央明纹向中央明纹向上上移动。移动。(2)x=0处的光程差处的光程差解：解：上上.17.ss2r2r1eOpXs1n 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程使用透镜不会产生附加光程差使用透镜不会产生附加光程差S acbS 理理论论证证明明：物物点点到到象

14、象点点各各光光线线之之间间的的光光程程差为零差为零,不产生附加光程差。不产生附加光程差。16-5 薄膜干涉薄膜干涉(分振幅法分振幅法)厚度很薄且均匀厚度很薄且均匀的的透明介质层表面透明介质层表面出现干涉出现干涉条纹的现象条纹的现象,称为薄膜干涉称为薄膜干涉.观察要求观察要求：因为两列相干光迭加时几乎是平行：因为两列相干光迭加时几乎是平行,不能成实像不能成实像,所以观察时要所以观察时要用凸透镜成像用凸透镜成像.18.(Membrane Interference)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程等倾干涉：等倾干涉：光线以

15、一定倾角入射到厚度均匀的透明薄膜光线以一定倾角入射到厚度均匀的透明薄膜上上,上界面的反射光与下界面的反射光发生干上界面的反射光与下界面的反射光发生干涉涉.(Isoclinal interference)点光源照明时的干涉条纹分析点光源照明时的干涉条纹分析光线光线1、2的光程差：的光程差：注意：注意：反射光反射光1有有半波损失，所以延迟半个波长半波损失，所以延迟半个波长n n n n eBA CD ri21 S43薄膜的折射率为薄膜的折射率为n,厚度厚度为为e;入射光所在介质的入射光所在介质的折射率折射率n.19.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖

16、，引起不同程度的病理生理过程 可可见见：波波长长一一定定、倾倾角角i相相同同的的入入射射光光线线,对对应于同一级干涉条纹应于同一级干涉条纹等倾条纹等倾条纹.20.明明纹条件纹条件:暗暗纹条件纹条件:n n n n e ri21 S43BA CD 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程光束光束3、4的光程差：的光程差：比较比较和和可知，若反射光相干加强，则透可知，若反射光相干加强，则透射光必然相干减弱，符合能量守恒定律。射光必然相干减弱，符合能量守恒定律。v应用应用：增透膜增透膜en1空气空气n2氟化镁氟化镁n3透镜透镜i=

17、0 ,n1n2 n )n nA反射光反射光1e因因极极小小,反反射射光光1、2在在膜膜面面的的光光程程差差可可简简化化为左图所示情况计算。为左图所示情况计算。A点点:反射光反射光1、2的光程差的光程差QP.22.(Cuniform Interference,Newton Rings)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程明明纹条件：纹条件：暗暗纹条件：纹条件：QP2.同一厚度同一厚度e 对应同一级条纹对应同一级条纹等厚条纹等厚条纹;第第k级级暗暗纹位置纹位置 条纹特点条纹特点:3.棱边棱边PQ处处 e=0,=/2，出现暗条

18、纹；，出现暗条纹；lekek+11.平行于棱边平行于棱边PQ的等间距条纹；的等间距条纹；.23.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程4.条纹间距条纹间距 l劈尖干涉的应用举例劈尖干涉的应用举例 a.从条纹是否扭曲可检查玻璃光平度；从条纹是否扭曲可检查玻璃光平度；b.“瓦斯检查器瓦斯检查器”劈尖内充入瓦斯气体，浓度劈尖内充入瓦斯气体，浓度不同不同,其折射率不同，因而条纹间距有变化，其折射率不同，因而条纹间距有变化，从而可知浓度的变化。从而可知浓度的变化。.24.QPlekek+1 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体

19、内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程例题例题:如图如图,原来由两块平原来由两块平板玻璃构成的空气劈尖板玻璃构成的空气劈尖,现现浸入折射率为浸入折射率为 n 的透明液的透明液体中体中,且且n2 n n1,用波长为用波长为的单色光垂直照射劈尖时的单色光垂直照射劈尖时,则劈尖厚度为则劈尖厚度为 e 的地方两的地方两反射光的光程差的反射光的光程差的改变量改变量是多少是多少?解：解：空气劈尖空气劈尖时的光程差时的光程差e透明液体透明液体时的光程差时的光程差光程差的光程差的改变量改变量n1n2n.25.注意：注意：这里的这里的-/2是劈尖下界面反射是劈尖下界面反射光的光的半

20、波损失半波损失 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程二、牛顿环二、牛顿环(Newton rings).26.erR 波长为波长为 的单色光垂直入射到的单色光垂直入射到平凸透镜与平晶平凸透镜与平晶间的间的空气层空气层(n=1)上，入射光从透镜的球面上和上，入射光从透镜的球面上和平平晶晶的上表面反射出来的光发生干涉的上表面反射出来的光发生干涉两束光的光程差两束光的光程差:暗环暗环 o分束镜分束镜M显微镜显微镜.S平凸透镜平凸透镜平晶平晶牛顿环装置简图牛顿环装置简图病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，

21、且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程暗暗环环条件条件：明明环环条件条件：第第k个个明明环半径：环半径：第第k个个暗暗环半径：环半径：条纹特点：条纹特点：1.中心是暗斑；中心是暗斑；由几何关系可知：由几何关系可知：.27.2.随着条纹级次随着条纹级次k的增大的增大,条纹间距条纹间距 r 减小减小e=0,r=0病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程三、等厚条纹的应用三、等厚条纹的应用1.劈尖的应用劈尖的应用 测波长测波长:已知已知、n,测条纹间距测条纹间距 l 可得波长可得波长;测折射率测折射率:已知已知、,测条纹

22、间距测条纹间距 l 可得可得 n;测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化h待待测测块块规规标标准准块块规规平晶平晶 测表面不平度测表面不平度等厚条纹等厚条纹待测工件待测工件平晶平晶.28.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.牛顿环的应用牛顿环的应用 测透镜球面的半径测透镜球面的半径R：已知已知,测测 m、rk+m、rk，可可得得R;测波长测波长：已知已知R，测出测出m、rk+m、rk，可可得得。检验透镜球表面质量检验透镜球表面质量标准验规标准验规待测透镜待测透镜暗纹暗纹.29.病原体侵入机体，消弱机体防

23、御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.751.521.521.621.62例题：例题：在图示三种透明材料构成的牛顿环在图示三种透明材料构成的牛顿环装置中，用单色光垂直照装置中，用单色光垂直照射时，从反射光中看到接射时，从反射光中看到接触点触点P处的圆斑是什么样处的圆斑是什么样的？的？P解：解：P处左半部处左半部上上下下界面的反射光均有界面的反射光均有半波损失半波损失P处右半部处右半部上上界面的反射光界面的反射光有有半波损失，半波损失，下下界面界面的反射光的反射光无无半波损失半波损失所以，所以，P处的圆斑左半部亮，右半部暗。处的圆斑左半部亮，右半

24、部暗。.30.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程16-7 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪一、仪器结构一、仪器结构 光路光路二、工作原理二、工作原理光束光束2和和1发生干涉发生干涉 若若M 1、M2平行平行 等倾条纹等倾条纹 若若M 1、M2有小夹角有小夹角 等厚条纹等厚条纹十字叉丝十字叉丝等厚条纹等厚条纹根根据据劈劈尖尖厚厚度度变变化化(ek+1-ek=/2)可可知知：动动镜镜M2每每平平移移/2的的距距离离，干干涉涉条条纹纹移移过过一一条条，若若M2平平移移 d时时，干干涉涉条条纹纹移移过过N条，则有：条，则有：三、应

25、用：三、应用：微小位移测量微小位移测量测波长测波长M 122 11 S半透半反膜半透半反膜M2M1G1G2E.31.(Michelson Interferometer)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程一、双缝干涉一、双缝干涉明纹条件明纹条件:暗纹条件暗纹条件:二、薄膜干涉二、薄膜干涉光程光程:nr几何路程差几何路程差条纹间距条纹间距本章学习指导本章学习指导最常见为垂直入射最常见为垂直入射i=0光程差光程差.32.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程明明环半径：环半径：暗暗环半径：环半径：四、牛顿环四、牛顿环暗暗环环条件条件：明明环环条件条件：暗暗纹条件纹条件:三、劈尖三、劈尖(或楔形膜或楔形膜)明明纹条件纹条件:条纹间距条纹间距光程差光程差光程差光程差.33.