第9篇_波动光学.ppt

光的干涉 主要内容： 一、掌握光波的相干条件及相干叠加后光强加强和 减弱的条件； 二、掌握光程及光程差的计算方法，能分析、确定杨氏双缝干涉条纹的位置； 三、掌握薄膜干涉的基本特点及相应的光程差计算方法，了解等厚干涉条纹产生的原理。 一、双缝干涉 1、光学发展史的曲折性和前进性 3、光程，光程差和相位差 光的衍射 主要内容： 一、光的衍射理论 （1）惠更斯－费涅耳原理。 （2）费涅耳半波带法。 二、几种典型的衍射 （1）单缝夫琅和费衍射。 （2）光栅衍射。 （3）圆孔衍射，光学仪器的分辨本领。 （4）晶体衍射，布喇格公式。 光的偏振 主要内容： 光的偏振性； 偏振片，马吕斯定理； 反射和折射的偏振现象，布儒斯特定律。 一、光的偏振性 (2) 光的衍射定义 当光在传播过程中遇到大小与波长相比拟的障碍物（小孔、小屏、狭缝、毛发和细针等），会发生明显的光线偏离直线传播的现象-------光的衍射。 思考两个问题： ①日常生活中你见到过哪些光的衍射现象？ ②为什么在日常生活中声波的衍射比光波的衍射更加明显？ (3) 光的衍射分类： 菲涅耳衍射 （非平行光衍射） 夫琅禾费衍射 （平行光衍射） 惠更斯的“子波源”理论能定性解释光的衍射现象，但不能定量解释光衍射图样中的光强分布。 2、惠更斯－菲涅尔原理 法国科学家菲涅耳从惠更斯“子波”假定出发，运用子波相干叠加的方法，发展成惠更斯--菲涅耳原理：从同一波阵面上各点发出的子波都是相干波，它们在空间某点相遇时，将进行相干叠加而产生干涉现象。 * S f f ? a ? ? 透镜L? 透镜L · p A B 缝平面 观察屏 0 δ (缝宽) S: 单色光源 ? : 衍射角 A→P和B→P的光程差 3、菲涅尔半波带法 光程差为零（零个半波带），中央明纹。 两个半波带，出现暗纹。 三个半波带，出现明纹。 二、单缝夫琅和费衍射 1、单缝夫琅禾费衍射明暗条纹的条件 思考：一个半波带对应是明纹还是暗纹？ 2、单缝夫琅禾费衍射图样特征的讨论： （1）?=00时对应中央明纹，亮度最大（为什么？）。 （2）中央明纹最宽 将第一个暗纹中心与中央明纹之间的角距离称为中央明纹半角宽度，其它明纹的角宽度为相邻两暗纹中心之间的角距离。 （3）如用白光照射单缝，则将形成彩色的衍射光谱。 （5）衍射效应还与缝宽 a、入射光的波长 ? 密切相关。只有 a~? 才有明显的衍射效应 例1：用单色平行光垂直照射到宽度为 a=0.5mm的单缝上，在缝后放置一个焦距为 f=100cm的透镜，则在焦平面的屏幕上形成衍射条纹，若在离屏上中央明纹中心距离为1.5mm处的P点为一亮纹，试求： ①入射光的波长；②P点条纹的级数和该条纹对应的衍射角；③(该亮纹)狭缝处波面可分为几个半波带；④中央明纹的宽度。 因为可见光 例1：用单色平行光垂直照射到宽度为 a=0.5mm的单缝上，在缝后放置一个焦距为 f=100cm的透镜，则在焦平面的屏幕上形成衍射条纹，若在离屏上中央明纹中心距离为1.5mm处的P点为一亮纹，试求： ①入射光的波长；②P点条纹的级数和该条纹对应的衍射角；③(该亮纹)狭缝处波面可分为几个半波带；④中央明纹的宽度。 1、 圆孔的夫琅禾费衍射 圆孔孔径为D ? L 衍射屏 观察屏 中央亮斑 (爱里斑) ?0 f 相对光强曲线 1.22(?/D) sin? 1 I / I0 0 爱里斑 D? ? ? 爱里斑变小 三、圆孔衍射、光学仪器的分辨本领 刚可分辨 非相干叠加 不可分辨 瑞利判据：对于两个等光强的非相干物点，如果其一个象斑的中心恰好落在另一象斑的边缘（第一暗纹处），则此两物点被认为是刚刚可以分辨。 2、透镜的分辩本领 最小分辨角 透镜的分辨本领 不可选择，可 显微镜： D不会很大，可 望远镜： I D * * S1 S2 0 ?0 例9-8：在离地面为h=200km高的卫星上用照相机摄影，若要求能分辨地面上相距L=50m的两物点，问照相机镜头的光阑直径至少要多大？设感光波长为550nm。 解： 作业 9-18 9-19 9-20 9-23 9-24 1. 光栅—大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。 d 反射光栅 d 透射光栅 a 是透光（或反光）部分的宽度 d=a+b ? 光栅常数 b 是不透光（或不反光）部分的宽度（刻痕） 光栅常数 种类： 四、光栅衍射 2. 光栅衍射 （1） 主极大、光栅方程 o P 焦距 f 缝平面G 观察屏 透镜L ? ? dsin? d ? k = 0,1,2,3… 光栅方程 设每个缝发的光在对应衍射角? 方向的P点的光振动的振幅为Ep P点为主极大时 NEp