大学物理波动光学PPT课件.ppt
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1、关于大学物理波动光学第一张,PPT共六十四页,创作于2022年6月光矢量的振动相对于传播方向的不对称性,称为光的偏振性光矢量的振动相对于传播方向的不对称性,称为光的偏振性。1、线偏振光(完全偏振光)、线偏振光(完全偏振光)2 2、自然光、自然光3 3、部分偏振光、部分偏振光偏振度偏振度 第二张,PPT共六十四页,创作于2022年6月二、偏振片的起偏和检偏二、偏振片的起偏和检偏1 1、偏振片工作原理、偏振片工作原理只允许沿某一特定方向的光矢量通过的光学器件只允许沿某一特定方向的光矢量通过的光学器件2 2、起偏、起偏自然光自然光偏振光偏振光偏振化方向偏振化方向具有竖直偏振方向具有竖直偏振方向的偏振
2、膜的偏振膜第三张,PPT共六十四页,创作于2022年6月3 3、检偏(旋转偏振片)、检偏(旋转偏振片)自然光:透射光强度不发生变化自然光:透射光强度不发生变化线偏振光:透射光发生明暗变化线偏振光:透射光发生明暗变化 部分偏振光:透射光发生明暗变化部分偏振光:透射光发生明暗变化第四张,PPT共六十四页,创作于2022年6月三、马吕斯定律三、马吕斯定律定量研究线偏振光通过偏振片后光强的变化规律定量研究线偏振光通过偏振片后光强的变化规律P12I0自然光自然光I0E E/P2马吕斯定律马吕斯定律第五张,PPT共六十四页,创作于2022年6月102 反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振1、反射光中垂
3、直振动强于平行的振动;、反射光中垂直振动强于平行的振动;2、折射光中平行的振动强于垂直振动;、折射光中平行的振动强于垂直振动;3、反射光、折射光偏振化的程度随入射角变化。、反射光、折射光偏振化的程度随入射角变化。n2n1第六张,PPT共六十四页,创作于2022年6月布儒斯特定律布儒斯特定律 这个特定的角称为布儒斯特角;这个特定的角称为布儒斯特角;此时折射光仍为部分偏振光;此时折射光仍为部分偏振光;此时反射光与折射光互相垂直。此时反射光与折射光互相垂直。n2n1入射角为某一特定值时,反射光中只有垂直振动入射角为某一特定值时,反射光中只有垂直振动第七张,PPT共六十四页,创作于2022年6月103
4、 光的双折射现象光的双折射现象自然光自然光O光光e光光方解石方解石一、双折射现象一、双折射现象同一束光线通过折射后分为两束的现象同一束光线通过折射后分为两束的现象结论:结论:o o光、光、e e光都是线偏振光光都是线偏振光第八张,PPT共六十四页,创作于2022年6月二、双折射现象的解释二、双折射现象的解释 光在各向异性介质中的传播速度与光的传播方向、光矢量的振动方向光在各向异性介质中的传播速度与光的传播方向、光矢量的振动方向有关,有关,现象:现象:o o光、光、e e光在晶体中的传播速度不同光在晶体中的传播速度不同本质:晶体各向异性及电矢量对晶体极化程度共同作用所致本质:晶体各向异性及电矢量
5、对晶体极化程度共同作用所致 第九张,PPT共六十四页,创作于2022年6月回顾:振动叠加,波的叠加回顾:振动叠加,波的叠加同频率的平行简谐振动的合成同频率的平行简谐振动的合成第十张,PPT共六十四页,创作于2022年6月波的叠加波的叠加相遇点分振动的相位差:相遇点分振动的相位差:干涉相长干涉相长 干涉相消干涉相消 若若波程差波程差 第十一张,PPT共六十四页,创作于2022年6月104 光波的叠加光波的叠加 光程光程一、光波的相干叠加一、光波的相干叠加 相干光必须满足的条件:光振动的频率相同,振动方向相同,相位相干光必须满足的条件:光振动的频率相同,振动方向相同,相位差恒定。差恒定。可见度可见
6、度 第十二张,PPT共六十四页,创作于2022年6月光强分布曲线,以及干涉图样光强分布曲线,以及干涉图样第十三张,PPT共六十四页,创作于2022年6月二、光波的非相干叠加二、光波的非相干叠加 1 1、普通光源的发光机制、普通光源的发光机制自发辐射自发辐射2 2、普通光源的发光特点、普通光源的发光特点间歇性、无规则性间歇性、无规则性3 3、从普通光源获得相干光的方法、从普通光源获得相干光的方法 分波振面法分波振面法 分振幅法分振幅法 第十四张,PPT共六十四页,创作于2022年6月光程光程:光在媒质中传播的距离与媒质折射率的乘积:光在媒质中传播的距离与媒质折射率的乘积光程差光程差:两个相干光的
7、光程之差:两个相干光的光程之差三、光程三、光程 意义:把光波在媒质中传播的距离折算为在相同时间内在意义:把光波在媒质中传播的距离折算为在相同时间内在真空中传播的相应距离真空中传播的相应距离注意:考虑反射可能引发的半波损失注意:考虑反射可能引发的半波损失第十五张,PPT共六十四页,创作于2022年6月使用薄透镜不引起附加光程差使用薄透镜不引起附加光程差 第十六张,PPT共六十四页,创作于2022年6月105 双缝干涉双缝干涉 一、杨氏双缝干涉一、杨氏双缝干涉第十七张,PPT共六十四页,创作于2022年6月二、二、干涉图样分析干涉图样分析 1.1.干涉条纹的形状:与双缝平行的一组明暗相间彼此等间距
8、的干涉条纹的形状:与双缝平行的一组明暗相间彼此等间距的直条纹,对称分布直条纹,对称分布2.2.明、暗条纹位置明、暗条纹位置r2r1OPxdS2S1D明条纹明条纹(中心中心)位置:位置:暗条纹暗条纹(中心中心)位置:位置:3、同类条纹间距:、同类条纹间距:第十八张,PPT共六十四页,创作于2022年6月4.4.光强分布曲线光强分布曲线5、干涉条纹的特点、干涉条纹的特点双缝干涉条纹是与双缝平行的一组明暗相间彼此等间距的直条纹,对称分布。双缝干涉条纹是与双缝平行的一组明暗相间彼此等间距的直条纹,对称分布。第十九张,PPT共六十四页,创作于2022年6月光源光源S位置改变位置改变双缝间距双缝间距d 改
9、变改变双缝与屏幕间距双缝与屏幕间距D 改变改变入射光波长改变入射光波长改变 6 6、讨论、讨论 (1 1)波长及装置结构变化)波长及装置结构变化(2 2)介质的影响)介质的影响 在在S1后加透明介质薄膜后加透明介质薄膜把整个实验装置置于折射率为把整个实验装置置于折射率为n的介质中的介质中 第二十张,PPT共六十四页,创作于2022年6月三、三、双缝性的其它干涉装置双缝性的其它干涉装置 1 1、菲涅耳双面镜干涉实验、菲涅耳双面镜干涉实验两个虚光源的干涉现象两个虚光源的干涉现象 2 2、洛埃镜实验、洛埃镜实验实光源与虚光源的干涉实光源与虚光源的干涉现象现象反相位的相干光源反相位的相干光源 第二十一
10、张,PPT共六十四页,创作于2022年6月106 等厚干涉和等倾干涉等厚干涉和等倾干涉一、薄膜干涉一、薄膜干涉 薄膜干涉属于分振幅法薄膜干涉属于分振幅法光程差光程差 相同的入射角对应同一级条纹。相同的入射角对应同一级条纹。因此,称为因此,称为薄膜等倾干涉薄膜等倾干涉第二十二张,PPT共六十四页,创作于2022年6月对于同一厚度的薄膜,在某一方向观对于同一厚度的薄膜,在某一方向观察到某一波长对应反射光相干相长,察到某一波长对应反射光相干相长,则该波长在对应方向的透射光一定相则该波长在对应方向的透射光一定相干相消。干相消。满足能量守恒满足能量守恒。应用:增透膜、增反膜应用:增透膜、增反膜二、等厚干
11、涉二、等厚干涉 1 1、劈尖干涉、劈尖干涉透射光的干涉:透射光的干涉:第二十三张,PPT共六十四页,创作于2022年6月明纹中心明纹中心暗纹中心暗纹中心特点:特点:空气劈尖相邻明条纹对应的厚度差:空气劈尖相邻明条纹对应的厚度差:若劈尖间是折射率为若劈尖间是折射率为 n2 的介质,则:的介质,则:劈尖干涉条纹是一系列等间距、明暗相间的平行直条纹劈尖干涉条纹是一系列等间距、明暗相间的平行直条纹明纹或暗纹之间间距明纹或暗纹之间间距第二十四张,PPT共六十四页,创作于2022年6月反射光干涉公式反射光干涉公式2 2、牛顿环、牛顿环第二十五张,PPT共六十四页,创作于2022年6月明环中心明环中心暗环中
12、心暗环中心(反射光牛顿环反射光牛顿环)讨论讨论:中心为暗环,级次最低。中心为暗环,级次最低。离开中心越远,圆条纹间距越小。离开中心越远,圆条纹间距越小。透射光干涉条纹与反射光的明暗互补。透射光干涉条纹与反射光的明暗互补。用白光时将产生彩色条纹。用白光时将产生彩色条纹。玻璃片与平凸透镜间距变化玻璃片与平凸透镜间距变化反射牛顿环半径反射牛顿环半径oR曲率半径曲率半径re应用应用:测量光的波长;测量平凸透镜的曲率半径;检查透镜的质量测量光的波长;测量平凸透镜的曲率半径;检查透镜的质量第二十六张,PPT共六十四页,创作于2022年6月三、等倾干涉三、等倾干涉 不同倾角的透射光穿过等厚薄膜产生干涉不同倾
13、角的透射光穿过等厚薄膜产生干涉 四、干涉现象的应用四、干涉现象的应用 测定气态物质的折射率测定气态物质的折射率 检查表面质量检查表面质量 测量长度的微小变化测量长度的微小变化 牛顿环测平凸透镜的曲率半径牛顿环测平凸透镜的曲率半径 镀膜光学元件镀膜光学元件ab第二十七张,PPT共六十四页,创作于2022年6月107 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 时间相干性时间相干性一、迈克耳孙干涉仪一、迈克耳孙干涉仪fG1G2M2M1光源1212T T第二十八张,PPT共六十四页,创作于2022年6月M1与与M2严格垂直严格垂直等倾干涉等倾干涉M1与与M2不垂直不垂直等厚干涉等厚干涉记下平移的距离记下平移的距离
14、,可测量入射光的波长可测量入射光的波长测样品参数测样品参数测定光谱线的波长;测定光谱线的波长;测定远距离星体的直径以及检查透镜和棱镜的光学质量测定远距离星体的直径以及检查透镜和棱镜的光学质量迈克耳孙干涉仪的应用迈克耳孙干涉仪的应用二、时间相干性二、时间相干性 2 2、相干长度、相干长度波列长度波列长度 L L3 3、相干时间、相干时间原子发光的持续时间原子发光的持续时间 tt 1 1、光源发光特点、光源发光特点 第二十九张,PPT共六十四页,创作于2022年6月108 惠更斯惠更斯菲涅尔原理菲涅尔原理 一、光的衍射现象一、光的衍射现象单缝单缝KabS光源光源(a)屏幕E屏幕E单缝单缝KaS光源
15、光源(b)b波在传播过程中遇到障碍物,波在传播过程中遇到障碍物,能够绕过障碍物的边缘前进这能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为种偏离直线传播的现象称为衍衍射现象射现象。条件:条件:dd第三十张,PPT共六十四页,创作于2022年6月从同一波面上各点发出的子波,在传播到空间某一点时,各从同一波面上各点发出的子波,在传播到空间某一点时,各个子波之间也可以相互叠加而产生干涉个子波之间也可以相互叠加而产生干涉惠更斯菲涅耳惠更斯菲涅耳原理原理二、二、惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理“子波相干子波相干”数学表达式数学表达式第三十一张,PPT共六十四页,创作于2022年6月三、衍射的分类三、
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