1、1,第四篇 波 动 光 学,第四篇,光 学,2,引 言,光是人类生存的基础,光学的发展史典型而又鲜明地反映了人类对客观世界的认识过程,十七世纪初：光的折射和反射定律,3,光电效应,4,5,乍看起来， 蝴蝶翅膀的上表面是单纯的蓝绿色。然而，如果你改变观测的方向，或者蝴蝶扇动它的翅膀时，色彩还会发生改变。这翅膀被说成是彩虹色的，那么，为什么蝴蝶翅膀显示如此令人眩目的色彩？,答案在本章寻找,6,第十三章 光 的 干 涉,7,13.1 光的相干性,一、光源的发光机理,8,二、光波是电磁波,3. 光波频率与波长,光矢量振幅,2.光矢量：光波是矢量 E 和 H 在空间的传播。实验证明光波中参与与物质相互作
2、用的是E 矢量，称它为光矢量。E 矢量的振动称为光振动。,光矢量,9,10,设有两个频率相同的单色光，它们在叠加点的的光振动分别为：,叠加后,其中：,光强,三、光的不相干叠加与相干叠加,11,1. 光的不相干叠加：,、 随时间变化,在T时间范围内,能量均匀分布,则：,为什么普通光源下看不到干涉条纹？,12,2.光的相干叠加：,干涉相长,干涉相消,2.光的相干叠加：,干涉相长,干涉相消,13,14,四、普通光源获得相干光的途径,15,16,2. 理论分析,P,x,x,.,M,d,相干光源S1和S2的间距,如图,屏上出现干涉条纹,17,18,很小,等宽度、等间距、平行于细缝的明暗相间直线,19,一
3、定，,D，d一定，,（3）条纹变化特点：,20,（4） 条纹强度分布,(S1、S2宽度相等) E10=E20 I1=I2,明纹,暗纹,I=4I1,I=0,*任意位置，光强介于明暗之间：I= 0 4I1,3. 实验的意义,（1）第一次用实验的方法证实了光具有波动性,（2）第一次提供了测量光波波长的实验手段,21,二、洛埃镜,将屏AB移至AB处，N点是明还是暗条纹？,B,A,半波损失:光从光疏到光密媒质的界面上反射时，有 的位相突变,N点：,22,解 相邻两条纹间距为,计算结果表明，双缝间距d必须小于4.5mm才能看到干涉条纹。当d=10mm时，实际上看不到干涉条纹。,23,13.1 光的相干性,
4、由于发光的随机性和间隙性，决定了不同光源或同一光源上两个不同部分发出的光不满足相干条件。,一、光源的发光机理,光强,二、光的不相干叠加与相干叠加,不相干叠加,相干叠加,24,二、半波损失:光从光疏到光密媒质的界面上反射时，有 的位相突变,25,（2）根据光强公式得：,26,13.3 光程和光程差,一、不同媒质中单色光的波长,1.实验现象:扬氏双缝实验装置整个置于折射率为n的媒质中,2.理论解释,由波动理论知,不同介质中：,27,二、光程,真空中,介质中,表明:在介质(n)中光线经过r 距离所发生的相位改变， 等于真空中经过nr所发生的相位改变。,光程 =折射率几何路程= nr,28,P：,光程
5、,29,例:用很簿的云母片(n=1.58)覆盖在双缝试验中的一条缝上,这时屏上的零级明条纹移到原来的第七级明条纹的位置上,如果入射光波长为550nm,试问此云母片厚度为多少毫米?,解: 以P点为观测点,(1),(2),30,到达F 点形成亮点，说明abc三条光线到达F点无相位差。,三、透镜的等光程性,所以透镜的引入不会引起附加的光程差。,31,13.4 薄 膜 干 涉,一、等倾干涉平行薄膜干涉,1. 反射光1、2的光程差,光程差的计算：,（1）将几何路程折算为光程,32,不同 i 对应的干涉条纹 一组同心圆,同一 i 对应同一级条纹圆环,等倾干涉,33,等倾干涉 条纹,e,*,*,*,S,1,
6、S,2,S,3,屏,透镜,薄膜,34,*条纹特点：,2）条纹间距内疏外密， 非线性变化.,35,例:可调平面单色光垂直照射在厚度均匀的油膜上,油膜覆盖在玻璃上,观察到500nm与700nm二波长的光在反射中消失.已知玻璃的n=1.5.若（1）n油1.30 （2） n油1.60 求：二种情况下油膜的最小厚度。,36,37,*薄 膜 干 涉,一、等倾干涉平行薄膜干涉,38,例 白光下，折射率n=1.30的薄油膜置于n=1.50的玻璃上，若观察方向与油膜表面法线成30角时，可看到油膜成兰色（波长为480nm），试求油膜的最小厚度？如果从油膜法线方向观察，反射光成什么颜色？,解 根据明纹条件：,若从法
7、线方向观察：,在法线方向观察为绿光,39,解：,增透膜对某一波长，使其反射光干涉减弱,增反膜对某一波长，使其反射光干涉加强,增透膜和增反膜,40,二、等厚干涉,41,相邻明或暗条纹的间距l ：,42,利用劈尖干涉测量折射率，微小长度、角度及变化，,43,等厚线,检测表面平整度等,44,45,2. 牛顿环：,2）条纹特点,空气层上下表面反射光之间的光程差：,条纹内疏外密,理想接触点O：e= 0，,*等厚点的轨迹是一组同心圆,46,*牛顿环半径：,47,例：牛顿环实验中，在平凸透镜和平板玻璃间放入折射率为n的介质后，原第三级明环变为第四级暗环，求：介质的折射率n值。,48,解（1）,（2）外圆环：
8、0级暗纹，中心点：第4级暗纹（k=4）,（3）油膜向外摊开，最外暗环向外扩大，中心点明暗变化；最大厚度减小，条纹级数减少。,例13-7 一块平板玻璃上有一滴油滴，在 的单色光垂直照射下，从反射光中看到如图干涉条纹，已知 ，试求：,49,13.5 迈克耳逊干涉仪,50,二、干涉现象,等倾干涉圆环,等厚干涉条纹,51,等厚干涉条纹,等倾干涉条纹,迈克耳逊干涉仪的干涉条纹,52,例 迈克耳孙干涉仪的应用,在迈干仪的两臂中分别引入 10 cm长的真空玻璃管 A、B ，现在B管中慢慢充入空气的过程中观察到107 条条纹移动，所用波长为546nm。求空气的折射率？,解：设空气的折射率为 n,条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个波长,
