1、波动光学 目录 第一章 光的干涉 第二章 光的衍射 第三章 光的偏振,第一章 光的干涉（Interference of light）,1 光源的发光特性,一. 光源,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,1. 普通光源：自发辐射,独立(不同原子发的光),独立(同一原子先后发的光),2. 激光光源：受激辐射, = (E2-E1)/h,完全一样(频率,位相,振动方向,传播方向),二. 光的相干性,1. 两列光波的叠加(只讨论电振动),P:,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
2、,1,2,3),相消干涉（暗）,(k = 0,1,2,3),2. 条纹衬比度（对比度，反衬度）,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 *,衬比度差 (V ，D d (d 10 -4m, D m),波程差：,相位差：,明纹,暗纹,条纹间距,(1) 一系列平行的明暗相间的条纹；,(3) 中间级次低；,明纹: k ，k =1,2,3(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；,某条纹级次 = 该条纹相应的 (r2-r1)/,二 . 光强公式,若 I1 = I2 = I0 ,则,光强曲线,3 其他分波面干涉实
3、验(自学),4 空间相干性,一. 空间相干性的概念,光源宽度对干涉条纹衬比度的影响,设光源宽度为b,B,D,I,非相干叠加,+1L,0N,0M,0L,二. 极限宽度,当光源宽度b增大到某个宽度b0时，干涉条,设Bd和b,(一级明纹),纹刚好消失，b0称为光源的极限宽度。,( B b0 ,d ),光源的极限宽度,时，才能观察到干涉条纹。,三. 相干间隔和相干孔径角,1. 相干间隔,若 b 和 B一定，则要得到干涉条纹，必须,d0越大，光场的空间相干性越好。,2. 相干孔径角,相干孔径角, 0 越大空间相干性越好。,激光光源可以不受以上限制,在0 范围内的光场中，正对光源的平面上的任意两点的光振动
4、是相干的。,四. 应用举例,1.测遥远星体的角直径：,考虑到衍射的影响，有,2.屏上条纹消失时，反射镜M1M4间的距离就是d0， 测猎户座星,nm,测得,得,使d =d0则条纹消失,一. 光的非单色性,1.理想的单色光,2.准单色光、谱线宽度,准单色光：在某个中心波长（频率）附近有一定波长（频率）范围的光。,谱线宽度：,(1) 自然宽度,Ei+1,Ei+1,Ei,Ei,5 时间相干性,造成谱线宽度的原因,(2) 多普勒增宽,(3) 碰撞增宽,二. 非单色性对干涉条纹的影响,干涉的最大级次,三. 相干长度与相干时间,1.相干长度,两列波能发生干涉的最大波程差,：中心波长,只有同一波列分成的两部分
5、经不同的光程再相遇时才能发生干涉。,波列长度就是相干长度,光通过相干长度所需时间,2.相干时间,6 光程,一. 光程、光程差,真空中,媒质中, n媒质中波长,光程 : L = nd, 真空中波长,光程差 ： = L2 - L1,例,P:,二.使用透镜不会产生附加光程差,物点到象点各光线之间的光程差为零,相位差和光程差的关系：,光程 L = ( ni di ),7 薄膜干涉 (一), 等厚条纹,一. 劈尖（劈形膜）,夹角很小的两个平面所构成的薄膜,1、2两束反射光来自同一 束入射光，它们可以产生干涉 。,e,n,n,n,A,反射光2,反射光1,入射光(单色平行光垂直入射),(设n n ),A:
6、1、2的光程差,明纹：,暗纹：,同一厚度e对应同一级条纹等厚条纹,光程差可简化为图示情况计算。,实际应用中,大都是平行光垂直入射到劈尖上。,考虑到劈尖夹角极小, 反射光1、 2在膜面的,条纹间距,又,二. 牛顿环,光程差：,(1),(k = 0, 1, 2, ),(2),第k个暗环半径,暗环：,三. 等厚条纹的应用,1. 劈尖的应用,测波长：已知、n，测L可得,测折射率：已知、，测L可得n,测细小直径、厚度、微小变化,测表面不平度,2. 牛顿环的应用,测透镜球面的半径R： 已知, 测 m、rk+m、rk，可得R 。,测波长： 已知R，测出m 、 rk+m、rk， 可得。,检验透镜球表面质量,8
7、 薄膜干涉（二）, 等倾条纹,一. 点光源照明时的干涉条纹分析,L,f,P,o,r环,B,i,r,A,C,D,2,1,S,i,i,i,光束1、2的光程差：,得,或,明纹,暗纹,倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹 等倾条纹。,形状:,条纹特点:,一系列同心圆环,r环= f tg i,条纹间隔分布:,内疏外密,条纹级次分布:,e一定时，,波长对条纹的影响:,膜厚变化时,条纹的移动：,二. 面光源照明时，干涉条纹的分析,只要入射角i相同，都将汇聚在同一个干涉环上（非相干叠加）,三. 应用：增透(射)膜和增反射膜 （自学书P130例2）,9 迈克耳逊干涉仪,一. 仪器结构、光路,二 . 工作原理,光束2和1发生干涉,若M1、M2平行 等倾条纹,若M1、M2有小夹角 等厚条纹,若M1平移d时，干涉条移过N条，则有：,三. 应用：,微小位移测量,测折射率,M1,2,2,1,1,半透半反膜,
