【正文】 色條紋 討論 (2) 已知 d , D 及 Δx,可測 ? (3) Δx 正比 ? , D 。 獲得相干光的方法 楊氏實驗 獲得相干光的方法 1. 分波陣面法 （楊氏實驗 ) 2. 分振幅法 （薄膜干涉 ) Thomas Young (1773 ―1829) 英國 物理學(xué)家、醫(yī)生和考古學(xué)家，光的波動說的 奠基人之一。 (1) 光 相干疊加現(xiàn)象 (2) 相干條件 )( 21 ?? ? 恒定 21 ???21 EE?? 不垂直① ② ③ 頻率相同 、 相位差恒定 、 光矢量振動方向平行 2122212 2 EEEEE P ?? ????波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1314頁 （ 5） 頻譜寬度 ?????I0I20I波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1312頁 二 .光波的疊加原理 光源 光波的疊加 一 . 光源 (1) 熱輻射 (2) 電致發(fā)光 (3) 光致發(fā)光 (4) 化學(xué)發(fā)光 能級躍遷 波列 波列長 L = ? c 自發(fā)輻射 非相干 (不同原子發(fā)的光 ) 非相干 (同一原子先后發(fā)的光 ) . . (5) 同步輻射光源 (6) 激光光源 受激輻射 自發(fā)輻射 E2 E1 ? ? h/EE 12 ???波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1311頁 3. 光譜 （ 1） 單色光 僅含單一頻率的光（理想）。 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 135頁 167。 主要內(nèi)容 主要內(nèi)容 光的直線傳播定律 光的獨立傳播定律 光的反射、折射定律 光的干涉 光的衍射 光的偏振 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 133頁 光的微粒說和波動說 1668年英國科學(xué)家牛頓 （ Newton） 提出光的 微粒說 ， 1678年荷蘭物理學(xué)家惠更斯 （ Huygens） 提出光的 波動說 。波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 131頁 第 13章 波動光學(xué)基礎(chǔ) 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 132頁 光學(xué) 幾何光學(xué) 波動光學(xué) 量子光學(xué) 以光的直線傳播性質(zhì)為基礎(chǔ)，研究光在透明介質(zhì)在傳播問題。兩種學(xué)說的爭論持續(xù)了幾個世紀(jì)，起初微粒說占優(yōu)，到 19世紀(jì)初，人們對光本質(zhì)的認(rèn)識逐漸趨向于波動說。 光是電磁波 一 . 電磁波 u?E?H?1. 電磁波的產(chǎn)生 凡做加速運動的電荷都是電磁波的波源 例如：天線中的振蕩電流 分子或原子中電荷的振動 2. 對電磁波 )(c o s0 urtEE ?? ??? )(c o s0 urtHH ?? ???平面簡諧電磁波的性質(zhì) (1) (2) 電磁波是 橫波 ? 的描述（平面簡諧波） ? ?H,E ??E? H?和 傳播速度相同、 相位相同 u//HE ??? ?Oxyz波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 136頁 HE ?? ?(3) 量值上 (4) 波速 ??1?u 1800sm109 9 7 921 ????? .c ??(5) 電磁波具有波的共性 —— 在介質(zhì)分界面處有反射和折射 u?00?????rr??? r??221 Ew ??3. 電磁波的能量密度 真空中 折射率 221 H??波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 137頁 能流密度 dA u?S?uwtA wtuAS ?? ??? dd dd????1)21(21 22 HE ??HE ?? ?EH?HES ??? ??結(jié)論 ： I 正比于 E02 或 H02, 通常用其相對強度 2021 EI ?tud坡印亭矢量 表示 （ 坡印亭矢量 ） S?波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 138頁 4. 光波的基本性質(zhì) （ 1） 光矢量 ：由于光波中 起主要作用，用 E? E? 描述光波， 稱為光矢量。 （ 2） 復(fù)色光 含有多種頻率的光。 1 2 r1 r2 1 2 r1 r2 醫(yī)學(xué)： 1793年發(fā)現(xiàn)了眼睛晶狀體的聚焦作用； 波動光學(xué)： 1801年的楊氏雙縫干涉實驗，首次引 入 “干涉”概念論證了光的 波動說，并解釋了牛頓環(huán)的成因及薄膜的彩色， 1817年提出光 是橫波 ； 生理光學(xué)： 第一個測定了 7種顏色光的波長；從生理角度說明了人眼的色盲 現(xiàn)象，提出了三原色理論； 材料力學(xué)： 楊氏彈性模量； 考古學(xué)： 破譯古埃及石碑上的文字。 反比 d 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1321頁 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1322頁 D條紋間距 Δx與 d 的關(guān)系 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1323頁 影響條紋的因素： 要使 Δx能夠用人眼分辨，必須使 D足夠大， d 足夠小，否則干涉條紋密集，以致無法分辨。 設(shè)縫間距為 d ， 縫面與屏距離為 D ?? kDxd ???紫紅 λkλk )1( ??11400760 400 .λλ λk ?????紫紅紫解 最先發(fā)生重疊的是某一級次的紅光和高一級次的紫光 清晰的可見光譜只有一級 例 在 400 ~ 760 nm 范圍內(nèi)，明紋條件為 求 能觀察到的清晰可見光譜的級次 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1327頁 167。 如果入射光波長為 550 nm 解 設(shè)云母片厚度為 d 。 有云母片 P 點 ??? krr 12無云母片 P 點 7)1( ???? enk0)1( 21 ?????? rren有云母片 P 點 ??? 1012 rr無云母片 P 點 mne ??????波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1334頁 167。 要使照像機對此波長反射小 ， 可在照像機鏡頭上鍍一層氟化鎂 MgF2薄膜 ， 已知氟化鎂的折射率 n1=， 玻璃的折射率n2=。 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1342頁 (1) 兩相鄰明條紋（或暗條紋）對應(yīng)的 厚度差 都等于 21?????? kk ddd? l dk dk+1 明紋中心 暗紋中心 2?(2) 兩相鄰明條紋（或暗條紋） 之間的 距離 都等于 sin 2 sin 2 sindd l l??? ???? ? ? ? ? ?(3) 空氣 劈尖頂點處是一暗紋，證明了半波損失 討論 ↑ 條紋變密； ? ↑ 條紋變密 n波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1343頁 介質(zhì) 劈尖 分析時注意有無半波損失 22?? ?? dnnddd kk 21?? ????劈尖的應(yīng)用： (1) 可測量小角度 θ、 微位移 x、 微小直徑 D、 波長 λ等 由于角度很小 LDtg ????s i nD ?L 2????LD??sin2????s in2 nl ?波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1344頁 為了測量一根細(xì)的金屬絲直徑 D， 按圖辦法形成空氣劈尖 ，用單色光照射形成等厚干涉條紋 ， 用讀數(shù)顯微鏡測出干涉明條紋的間距 ， 就可以算出 D。 2 ?1 ?3 ? 3 39。內(nèi)疏外密 。 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1355頁 167。 A. A. Michelson (18521931) 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1357頁 1M2M1G 2GPL一 . 干涉儀結(jié)構(gòu) 二 . 工作原理 光束 1 和 2 發(fā)生干涉 S 2211d2??2M??,kkd 21222 ??? ??,kkd 2102122 ，）（ ???? ?d 22?? ?? d加強 減弱 光程差 (無半波損 ) (有半波損 ) 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1358頁 2. 若 M M39。 惠更斯 — 菲涅耳原理 一 . 光的衍射現(xiàn)象 1. 現(xiàn)象 衍射屏 觀察屏 2. 定義 光在傳播過程中繞過障礙物的邊緣而偏離直線傳播的現(xiàn)象 衍射現(xiàn)象是否明顯取決于 障礙物 線度與波長的對比，波長越大， 障礙物 越小，衍射越明顯。 2. 惠更斯 菲涅耳原理 同一波前上的各點發(fā)出的都是相干次波 。 說明 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1367頁 167。將 AB分割成幾個等寬度的 半波帶 。 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1374頁 (2) si n ( 2 1 ) 2ak ?? ? ? ? ?aa???于 是 一 定 時 ， 越 小 ， 則 越 大 ， 則 條 紋 間 隔 越 大 ， 衍 射現(xiàn) 象 越 顯 著 ； 反 之 ， 越 大 ， 則 越 小 ， 衍 射 現(xiàn) 象 將 消 失 。 (5) 縫位置平移不影響條紋位置分布（ 透鏡成像原理 ） 單縫衍射 雙縫干涉 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1376頁 求 波長為 ? = 600nm 的單色平面光，垂直入射到 a = 的單縫上，縫后有 f = 1m 透鏡。039。 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1381頁 二 . 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng) 1. 圓孔的夫瑯禾費衍射 孔徑為 D 衍射屏 中央亮斑 (愛里斑 ) 2210 D. ?? ?相對光強曲線 0?L?f經(jīng)圓孔衍射后 ,一個點光源對應(yīng)一個愛里斑 愛里斑的 半角寬度 為 愛里斑的 （線）半徑 為 Dffr ????波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1382頁 2. 光學(xué)儀器的分辯本領(lǐng) 幾何光學(xué) 物點 波動光學(xué) 物點 像點 一一對應(yīng) 像斑 一一對應(yīng) ? 可分辨 恰可分辨 ????????不可分辨 ????????????波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1383頁 瑞利判據(jù) :對于兩個等光強的非相干物點 ,如果一個像斑中心恰好落在另一像斑的邊緣 (第一暗紋處 ),則此兩像被認(rèn)為是恰能分辨 。0 1 .2 2 2 .7 1 0 1ra dd?? ?? ? ? ?人眼的分辨率 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1385頁 Dδ?? ?眼睛的最小分辨角為 cm 120?d設(shè)人離車的距離為 S 時 ， 恰能分辨這兩盞燈。 ?以二縫光柵為例 x結(jié)論 ： 1? 0 1 k1 0II3? 0 3 k6? 60II1波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1388頁 1??m 0?m 1?m081I?I1??m 0?m 1?m04I? I2?N5?N9?N隨著 N 的增大，主極大變得更為尖銳，且主極大間為暗背景 4. N 縫干涉 1??m 0?m 1?m025I? I縫干涉強度分布 縫干涉強度分布 縫干涉強度分布 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1389頁 ( ) sinab ??Pba??Lfo?( ) s ina b k??? ? ?（ 為 主極大級數(shù)） 0,1, 2,k ?主明紋 條件 光柵衍射主極大，其位置滿足 ( ) s ina b k??? ? ? 0 ,1, 2 , 3,k ? 光柵方程 二 .光柵方程 0 1 2k ??為 中 央 明 紋 ， 其 余 分 別 為 級 ， 級 … … 表 示 它 們 對稱 的 分 布 在 中 央 明 紋 的 兩 側(cè) 。 波動光學(xué)基礎(chǔ) 西安建筑科技大學(xué)理學(xué)院物理系 第 1393頁