chp11-波動(dòng)光學(xué)ke-馬文蔚課件

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1、1北極光北極光北北 極極 光光2北北 極極 光光3天文奇觀天文奇觀哈勃望遠(yuǎn)鏡哈勃望遠(yuǎn)鏡16年拍攝的年拍攝的 ： 十大奇異罕見的天文奇觀照片：十大奇異罕見的天文奇觀照片：（1）黑極光的秘密，（）黑極光的秘密，（2）眼中的寬邊帽星系，）眼中的寬邊帽星系，（3）不在星系里的恒星，（）不在星系里的恒星，（4）乞力馬札羅山上的星光，）乞力馬札羅山上的星光，（5）加拿大育空地區(qū)的極光，（）加拿大育空地區(qū)的極光，（6）新月抱舊月，）新月抱舊月，（7）阿拉斯加上空的彗星與極光，（）阿拉斯加上空的彗星與極光，（8）月出西雅圖，）月出西雅圖，（9）流星與極光，（）流星與極光，（10）日落時(shí)的火箭煙痕。）日落時(shí)的火

2、箭煙痕。 4哈勃望遠(yuǎn)鏡哈勃望遠(yuǎn)鏡16年拍攝的年拍攝的 ：（1）黑極光的秘密，（）黑極光的秘密，（2）眼中的）眼中的寬邊帽星系，寬邊帽星系，（3）不在星系里的恒星不在星系里的恒星，（，（4）乞力馬札羅山上的星光，）乞力馬札羅山上的星光，（5）加拿大育空地區(qū)的極光，（）加拿大育空地區(qū)的極光，（6）新月抱舊月，新月抱舊月，（7）阿拉斯加上空的彗星與極光，（）阿拉斯加上空的彗星與極光，（8）月出西雅圖，）月出西雅圖，（9）流星與極光，（）流星與極光，（10）日落時(shí)的火箭煙痕。）日落時(shí)的火箭煙痕。 天文奇觀天文奇觀十大奇異罕見的天文奇觀照片：十大奇異罕見的天文奇觀照片：5 11-1 11-1 相干光相干

3、光 11-5 11-5 邁克耳孫干涉儀邁克耳孫干涉儀 11-4 11-4 劈尖劈尖 牛頓環(huán)牛頓環(huán) 11-3 11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 11-2 11-2 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 勞埃德鏡勞埃德鏡 11-6 11-6 光的衍射光的衍射117 117 單縫衍射單縫衍射611-12 11-12 雙折射雙折射 偏振棱鏡偏振棱鏡11-11 11-11 反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律11- 9 11- 9 衍射光柵衍射光柵 11- 8 11- 8 圓孔衍射圓孔衍射 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)* *1

4、1-13 11-13 液晶顯示液晶顯示* *11-14 11-14 幾何光學(xué)幾何光學(xué)7 光學(xué)研究的內(nèi)容光學(xué)研究的內(nèi)容1 1、光的發(fā)射、傳播和吸收的規(guī)律；光的發(fā)射、傳播和吸收的規(guī)律；、光和物質(zhì)的相互作用，包括吸收、散射、色散、光和物質(zhì)的相互作用，包括吸收、散射、色散、光的機(jī)械作用、光的熱效應(yīng)、光的電效應(yīng)、光的化光的機(jī)械作用、光的熱效應(yīng)、光的電效應(yīng)、光的化學(xué)效應(yīng)、光的生理效應(yīng)等；學(xué)效應(yīng)、光的生理效應(yīng)等；、光的本質(zhì)的研究。光的本質(zhì)的研究。81 光的干涉光的干涉一、一、 理解理解相干光的條件及獲得相干光的方法相干光的條件及獲得相干光的方法. . 二二 、掌握掌握光程的概念以及光程差和相位差的光程的概念

5、以及光程差和相位差的 關(guān)系，理解在什么情況下的反射光有相位關(guān)系，理解在什么情況下的反射光有相位 躍變躍變. .三、三、 能能分析楊氏雙縫干涉條紋及薄膜等厚干涉分析楊氏雙縫干涉條紋及薄膜等厚干涉 條紋的位置條紋的位置. .四、了解四、了解邁克耳遜干涉儀的工作原理邁克耳遜干涉儀的工作原理. .9（光的衍射光的衍射） 一、一、了解了解惠更斯菲涅耳原理及它對光的衍射現(xiàn)象惠更斯菲涅耳原理及它對光的衍射現(xiàn)象 的定性解釋的定性解釋. .二、了解二、了解用波帶法來分析單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射條紋用波帶法來分析單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射條紋 分布規(guī)律的方法，會(huì)分析縫寬及波長對衍射條分布規(guī)律的方法，會(huì)分析縫寬及波長對衍射條 紋

6、分布的影響紋分布的影響. .三、理解三、理解光柵衍射公式光柵衍射公式 , , 會(huì)確定光柵衍射譜線的會(huì)確定光柵衍射譜線的 位置，會(huì)分析光柵常數(shù)及波長對光柵衍射譜線位置，會(huì)分析光柵常數(shù)及波長對光柵衍射譜線 分布的影響分布的影響. .四、了解四、了解衍射對光學(xué)儀器分辨率的影響衍射對光學(xué)儀器分辨率的影響. .五、了解五、了解 X 射線的衍射現(xiàn)象和布拉格公式的物理射線的衍射現(xiàn)象和布拉格公式的物理 意義意義. . 10一一. 光源光源(1) 熱輻射熱輻射 (2) 電致發(fā)光電致發(fā)光 (3) 光致發(fā)光光致發(fā)光 (4) 化學(xué)發(fā)光化學(xué)發(fā)光 能級躍遷能級躍遷波列波列波列長波列長 L = c自自發(fā)發(fā)輻輻射射非相干非相

7、干( (不同原子發(fā)的光不同原子發(fā)的光) )非相干非相干( (同一原子先后發(fā)的光同一原子先后發(fā)的光) ).(5) 同步輻射光源同步輻射光源 (6) 激光光源激光光源 受受激激輻輻射射自發(fā)輻射自發(fā)輻射E E2 2E E1 1h/EE12最基本發(fā)光單元是最基本發(fā)光單元是分子、原子分子、原子每次發(fā)光形成一個(gè)短短的波列每次發(fā)光形成一個(gè)短短的波列, , 各原子各次發(fā)光各原子各次發(fā)光相互獨(dú)立，各波列互不相干相互獨(dú)立，各波列互不相干.11激光光源激光光源：受激輻射。受激輻射。 發(fā)出發(fā)出頻率、相位、頻率、相位、 振動(dòng)方向、振動(dòng)方向、 傳播方向相同的光。傳播方向相同的光。光的單色性光的單色性單色光單色光：（激光為

8、最好的單色光源激光為最好的單色光源. .）復(fù)色光復(fù)色光：各種頻率復(fù)合的光（各種頻率復(fù)合的光（普通光源）普通光源）色散現(xiàn)象色散現(xiàn)象 把復(fù)色光中各種不同頻率的光分開把復(fù)色光中各種不同頻率的光分開, ,形成光譜形成光譜稱為光的色散稱為光的色散. .普通光源普通光源：發(fā)光具有發(fā)光具有獨(dú)立性、隨機(jī)性、間歇性獨(dú)立性、隨機(jī)性、間歇性12光的單色性光的單色性產(chǎn)生單色光的方法產(chǎn)生單色光的方法(1)(1)利用色散利用色散; ;(2)(2)利用濾波片利用濾波片; ;(3)(3)利用單色光源利用單色光源; ;(4)(4)激光激光振動(dòng)方向相互平行振動(dòng)方向相互平行頻率相同頻率相同相位差恒定相位差恒定兩列光波相干條件兩列光

9、波相干條件相干光源相干光源: : 同一原子的同一次發(fā)光同一原子的同一次發(fā)光1314光的干涉光的干涉豐富多彩的干涉現(xiàn)象豐富多彩的干涉現(xiàn)象水膜在白光下水膜在白光下白光下的肥皂膜白光下的肥皂膜15蟬翅在陽光下蟬翅在陽光下蜻蜓翅膀在陽光下蜻蜓翅膀在陽光下白光下的油膜白光下的油膜肥皂泡玩過嗎肥皂泡玩過嗎? ?16等傾條紋等傾條紋牛頓環(huán)牛頓環(huán)( (等厚條紋等厚條紋) )測測油油膜膜厚厚度度平平晶晶間間空空氣氣隙隙干干涉涉條條紋紋17托馬斯托馬斯. .楊楊楊楊(T.Young)在在1801年年首先發(fā)現(xiàn)光的首先發(fā)現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象，干涉現(xiàn)象，并首次測量了光波的波長。并首次測量了光波的波長。將科學(xué)和藝術(shù)并列研究、將

10、科學(xué)和藝術(shù)并列研究、對生活充滿熱望的天才，對生活充滿熱望的天才，我們幾乎可以這樣說：我們幾乎可以這樣說：他生命中的每一天都他生命中的每一天都沒有虛度。沒有虛度。 敢于向牛頓挑戰(zhàn)？敢于向牛頓挑戰(zhàn)？提出并證明了光的波動(dòng)性提出并證明了光的波動(dòng)性 18托馬斯托馬斯. .楊楊英國醫(yī)生、物理學(xué)家，英國醫(yī)生、物理學(xué)家，光的波動(dòng)說光的波動(dòng)說的奠基人之一。他不僅在物理學(xué)領(lǐng)的奠基人之一。他不僅在物理學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)袖群英、名享世界，而且涉獵域領(lǐng)袖群英、名享世界，而且涉獵甚廣，甚廣，光波學(xué)、聲波學(xué)、流體動(dòng)力光波學(xué)、聲波學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、造船工程、潮汐理論、毛細(xì)作學(xué)、造船工程、潮汐理論、毛細(xì)作用、用擺測量引力、虹的理論用、用擺

11、測量引力、虹的理論力學(xué)、數(shù)學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、語言學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、語言學(xué)、動(dòng)物學(xué)、埃及學(xué)動(dòng)物學(xué)、埃及學(xué)他對藝術(shù)還頗他對藝術(shù)還頗有興趣，有興趣，熱愛美術(shù)熱愛美術(shù)，幾乎，幾乎會(huì)演奏當(dāng)會(huì)演奏當(dāng)時(shí)的所有樂器時(shí)的所有樂器，并且會(huì)制造天文器，并且會(huì)制造天文器材，還研究了保險(xiǎn)經(jīng)濟(jì)問題。而且材，還研究了保險(xiǎn)經(jīng)濟(jì)問題。而且托馬斯托馬斯楊楊擅長騎馬擅長騎馬，并且會(huì)耍雜技，并且會(huì)耍雜技走鋼絲。走鋼絲。 19 托馬斯托馬斯. .楊楊 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)-物理學(xué)最美的十大實(shí)驗(yàn)之一物理學(xué)最美的十大實(shí)驗(yàn)之一 20波陣面分割法波陣面分割法*光源光源1s2s振幅分割法振幅分割法 獲得相干光的方法獲得相干光

12、的方法21 Dxd ooB實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 裝裝 置置1s2sspd D Dxd sin12drr 波程差波程差x1r2rDdD/tansinx （分波陣面法）（分波陣面法） 22 k 加強(qiáng)加強(qiáng)2) 12( k 減弱減弱22 kdD x 明紋明紋2)12( kdD暗紋暗紋）（,2,1 ,0 k22opx1r2rDd2)12( kdD-暗紋暗紋22 kdD x -明紋明紋,2,1 ,0k討論討論(1) 相鄰明紋中心或相鄰暗紋中心間距相鄰明紋中心或相鄰暗紋中心間距: :1kkDxxxd (2) 已知已知 d , D 及及x,可可測測 (3) x 正比正比 , D ; 反比反比 d23 一定時(shí)，若一定時(shí)，

13、若 變化變化, , 則則 將怎樣變化？將怎樣變化？Dd、xDDxd 24 一定時(shí)，一定時(shí)， ； 。 D ,x ,d x 單色光照射單色光照射1 1、相鄰兩明、暗條紋、相鄰兩明、暗條紋等間距等間距，各級明、暗條紋各級明、暗條紋等強(qiáng)度等強(qiáng)度x明x暗 ， 一定時(shí)，一定時(shí)， ； 。 Dx dx ,2 2、 Dxd 25 一定時(shí)一定時(shí), ,條紋間距條紋間距 與與 的關(guān)系如何？的關(guān)系如何？xdD、 DDxd 26 點(diǎn)對所有波長的光均為點(diǎn)對所有波長的光均為零程差零程差 ， 中央亮條紋為白色中央亮條紋為白色。 00P(0)x 0P 當(dāng)當(dāng) 較大時(shí)，較大時(shí)，不同級的彩色亮條紋會(huì)不同級的彩色亮條紋會(huì)。k ，一定時(shí)，

14、一定時(shí)， ，其余亮條紋為彩色；其余亮條紋為彩色； 波長短的紫光靠近波長短的紫光靠近 點(diǎn)。點(diǎn)。d0PDx(4) 白光作為光源時(shí)白光作為光源時(shí)，22 kdD x (明紋明紋), 2 , 1 , 0k在零級白色中央條紋兩邊對稱地排列著在零級白色中央條紋兩邊對稱地排列著紫色紫色-紅色紅色的彩色條紋的彩色條紋 。27(1) 明紋間距分別為明紋間距分別為mm4116005.893100.351.0Dxd mm422600 5.893 100.03510Dxd (2) 雙縫間距雙縫間距 d 為為mm4506501089356004.xDd雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用鈉光燈作單色光源，其波長為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用鈉光燈作

15、單色光源，其波長為589.3 nm，屏與雙縫的距離，屏與雙縫的距離 D=600 mm解解 求求 (1) d =1.0 mm 和和 d =10 mm，兩種情況相鄰明條紋間距分別兩種情況相鄰明條紋間距分別為多大？為多大？(2) 若相鄰條紋的最小分辨距離為若相鄰條紋的最小分辨距離為 0.065 mm，能分清能分清干涉條紋的雙縫間距干涉條紋的雙縫間距 d 最大是多少？最大是多少？28用白光作光源觀察楊氏雙縫干涉。設(shè)縫間距為用白光作光源觀察楊氏雙縫干涉。設(shè)縫間距為d ，縫面與屏距離為縫面與屏距離為 D22 kDxd 紫紅kk )1( 1 . 1400760400 紫紫紅紅紫紫k解解: 最先發(fā)生重疊的是某

16、一級次的紅光和高一級次的紫光最先發(fā)生重疊的是某一級次的紅光和高一級次的紫光 清晰的清晰的可見光譜只有一級！可見光譜只有一級！ 在在400 760 nm 范圍內(nèi)，明紋條件為范圍內(nèi)，明紋條件為求求 能觀察到的清晰可見光譜的級次能觀察到的清晰可見光譜的級次29二、勞埃德鏡二、勞埃德鏡1sPM2sdDPL 干涉條紋特點(diǎn)干涉條紋特點(diǎn)與狹縫光源與狹縫光源 把屏幕把屏幕 移到和鏡面相接觸的位置移到和鏡面相接觸的位置 ， 和和 到接觸點(diǎn)的路程相等，似乎接觸點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)亮到接觸點(diǎn)的路程相等，似乎接觸點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)亮紋。紋。實(shí)驗(yàn)事實(shí)是：實(shí)驗(yàn)事實(shí)是：接觸點(diǎn)是暗紋！接觸點(diǎn)是暗紋！P P1s2s30實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明: :直接射到

17、屏上的光直接射到屏上的光鏡面反射到屏上的光鏡面反射到屏上的光 直接射到屏上的光位相不變直接射到屏上的光位相不變 反射光的位相改變了反射光的位相改變了 光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí), , 1sPM2sdDPL與楊氏實(shí)驗(yàn)比較，與楊氏實(shí)驗(yàn)比較，明暗紋條件互換明暗紋條件互換資工資工31 如圖如圖 離湖面離湖面 h = = 0.5 m處有一電磁波接收器處有一電磁波接收器位于位于 C ，當(dāng)一射電星從地平面漸漸升起時(shí)，當(dāng)一射電星從地平面漸漸升起時(shí)， 接接收器斷續(xù)地檢測到一系列極大值收器斷續(xù)地檢測到一系列極大值 . 已知射電星所已

18、知射電星所發(fā)射的電磁波的發(fā)射的電磁波的波長為波長為20.0 cm, ,求第一次測到極求第一次測到極大值時(shí)，射電星的方位與湖面所成角度大值時(shí)，射電星的方位與湖面所成角度.AChB212解：波程差解：波程差A(yù)CBC 22)2cos1 ( ACsinhAC (1 cos2 )sin2h 極大極大時(shí)時(shí)k 32hk4) 12(sin2120 0 10 marcsinarcsin5 744 40 5 m-.h. 1k取取 注意注意2/ 考慮半波損失時(shí)，考慮半波損失時(shí)，附加波程差附加波程差取取均可，符號不同，均可，符號不同， k 取值不同，對問題實(shí)質(zhì)無影響取值不同，對問題實(shí)質(zhì)無影響.AChB212(1 co

19、s2 )sin2h 極大極大時(shí)時(shí)k * * *射電望遠(yuǎn)鏡集錦射電望遠(yuǎn)鏡集錦33一一 光程光程光在真空中的速度光在真空中的速度001c光在介質(zhì)中的速度光在介質(zhì)中的速度1uncu1 u 0 c真空中的波長真空中的波長介質(zhì)的折射率介質(zhì)的折射率n0 介質(zhì)中的波長介質(zhì)中的波長若時(shí)間若時(shí)間 t 內(nèi)光波在內(nèi)光波在介質(zhì)中傳播的路程為介質(zhì)中傳播的路程為 r ,則相應(yīng)則相應(yīng)在真空中傳播的路程在真空中傳播的路程應(yīng)為應(yīng)為 nrucrctx 34022xr改變改變相同相位相同相位的條件下的條件下 若時(shí)間若時(shí)間 t 內(nèi)光波在內(nèi)光波在介質(zhì)中傳播的路程為介質(zhì)中傳播的路程為 r ,則相應(yīng)則相應(yīng)在真空中傳播的路程在真空中傳播的路

20、程應(yīng)為應(yīng)為 nrucrctx 物理意義物理意義：光在介質(zhì)中通過的幾何路程光在介質(zhì)中通過的幾何路程折算折算到真空中的路程到真空中的路程.介質(zhì)折射率與光的幾何路程之積介質(zhì)折射率與光的幾何路程之積 =nr(1)光程光程光程光程 iiirn 1n2nin1r2rir多種介質(zhì)多種介質(zhì) 35由光程差計(jì)算相位差由光程差計(jì)算相位差1S2Snn1r2rPd 12)(2rnnddrn 1n2nin1r2rir光程光程 iiirn多種介質(zhì)多種介質(zhì) (2)光程差光程差 (兩光程之差兩光程之差)1122rnrn 2 *1sP1r*2s2r2n1n如右圖如右圖真空中的波長真空中的波長！附加光程差附加光程差 dnnrrn）

21、（ )(212 36FABoFAB焦平面焦平面 平行光束通過透鏡后，會(huì)聚于焦平面上成平行光束通過透鏡后，會(huì)聚于焦平面上成一亮點(diǎn)，焦點(diǎn)一亮點(diǎn)，焦點(diǎn) F、副焦點(diǎn)、副焦點(diǎn)F 都是都是亮點(diǎn)亮點(diǎn)，說明，說明各光線在此各光線在此同相疊加同相疊加(光程差光程差=0)。光線經(jīng)過透鏡光線經(jīng)過透鏡后并不附加后并不附加光程差光程差。37S acbS物點(diǎn)到象點(diǎn)（物點(diǎn)到象點(diǎn)（亮點(diǎn)）亮點(diǎn)）各光線各光線之間的光程差為零。之間的光程差為零。F acbABCF 而而 A、B、C 或或 a、b、c 都在同一相面上。說明都在同一相面上。說明各光線各光線等光程等光程FCFBFA,FCFBFA ,（物象之間等光程原理物象之間等光程原理

22、）38用折射率用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆蓋在雙縫實(shí)驗(yàn)中的一條的很薄的云母片覆蓋在雙縫實(shí)驗(yàn)中的一條縫上，這時(shí)屏上的第七級亮條紋移到原來的零級亮條紋的縫上，這時(shí)屏上的第七級亮條紋移到原來的零級亮條紋的位置上。如果入射光波長為位置上。如果入射光波長為 550 nm解解: 設(shè)云母片厚度為設(shè)云母片厚度為 d 。無云母片時(shí)，零級亮紋在屏上。無云母片時(shí)，零級亮紋在屏上 P 點(diǎn)，點(diǎn)，則到達(dá)則到達(dá) P 點(diǎn)的兩束光的光程差為零。加上云母片后，點(diǎn)的兩束光的光程差為零。加上云母片后，到達(dá)到達(dá)P點(diǎn)的兩光束的光程差為點(diǎn)的兩光束的光程差為d)(1 n 當(dāng)當(dāng) P P 點(diǎn)為第七級明紋位置時(shí)點(diǎn)為第七級明紋位置時(shí)

23、7 mm36106 . 6158. 110550717 nd 例例求求 此云母片的厚度是多少？此云母片的厚度是多少？dP39P1n1n2n1M2MdLADCD 12sinsinnni 12nn iDC34E5A1B2dBCAB cos id sin tan2 iACAD sin ADnBCABn1232)( 2 2cos22sin1cos2222 dnnd（分振幅法分振幅法 ）？ 32 半波損失半波損失40 2cos22sin1cos222232 dnnd2sin222122r innd 反射光反射光的光程差的光程差 r22 k-加加 強(qiáng)強(qiáng)), 2 , 1( k2)12( k-減減 弱弱),2

24、, 1 ,0( kP1n1n2n1M2MdLiDC34E5A1B212nn 41P1n1n2n1M2MdLiDC34E5A1B212nn innd22122tsin2 透射光透射光的光程差的光程差根據(jù)具體根據(jù)具體情況而定情況而定2/sin222122rinnd注意：注意：透射光和反透射光和反射光干涉具有射光干涉具有互補(bǔ)互補(bǔ) 性性 ，符合能量守恒，符合能量守恒定律定律.凡凡入射傾角入射傾角i相同相同, ,其光程差相等其光程差相等, ,形成同一條紋形成同一條紋. .這種不同入射角形成的明暗相間的干涉條紋稱這種不同入射角形成的明暗相間的干涉條紋稱等傾干涉等傾干涉條紋條紋. .42 光線垂直入射時(shí)光線

25、垂直入射時(shí)0i222rdn2r2dn 1n1n2n1n3n2n12nn 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)123nnn當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)（2束反射光均有半波損失）束反射光均有半波損失）innd22122tsin22/sin222122rinnd 此時(shí)膜厚此時(shí)膜厚d 相同的干涉條紋相同的干涉條紋級次相同級次相同-等厚干涉等厚干涉。43 例例 一油輪漏出的油一油輪漏出的油( (折射率折射率n1=1.20) )污污染了某海域染了某海域, , 在海水在海水( (n2=1.30) )表面形成一層表面形成一層薄薄的油污薄薄的油污. ( (1) )如果太陽正位于海域上空，一直升飛如果太陽正位于海域上空，一直升飛機(jī)的駕駛員從機(jī)上向正下方觀察

26、，他所正對機(jī)的駕駛員從機(jī)上向正下方觀察，他所正對的油層厚度為的油層厚度為460 nm, ,則他將觀察到油層呈則他將觀察到油層呈什么顏色什么顏色？ ( (2) )如果一潛水員潛入該區(qū)域水下，并向如果一潛水員潛入該區(qū)域水下，并向正上方觀察，又將看到油層呈什么顏色？正上方觀察，又將看到油層呈什么顏色？44解解 (1), 2 , 1,21 kkdn nm 11042, 11 dnk nm 552, 21 dnk nm 36832,31 dnk 綠色綠色已知已知n1=1.20n2=1.30d=460 nm kdn 1r2反射光：反射光：油膜油膜海水海水n1=1.20n2=1.30452/21t dnnm

27、 22082/112, 11 dnk (2)透射光的光程差透射光的光程差nm 43152/142,41.dnk nm7362/122, 21 dnk 紅光紅光nm6 .4412/132, 31 dnk 紫光紫光紫紅色紫紅色油膜油膜海水海水n1=1.20n2=1.3046q 增透膜和增反膜增透膜和增反膜利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率透光率 .增透膜和高反膜增透膜和高反膜( (應(yīng)用應(yīng)用) ) 利用反射光干涉減弱利用反射光干涉減弱( (透射光加強(qiáng)透射光加強(qiáng)) )使光能大部分使光能大部分透射的薄膜透射的薄膜, ,稱為稱為增透膜增透膜; ; 反之為反之為高反膜高反膜。

28、47增透膜增反膜的應(yīng)用增透膜增反膜的應(yīng)用寬帶增透膜寬帶增透膜可以減少二次反射產(chǎn)生眩目的光線和虛像，可以減少二次反射產(chǎn)生眩目的光線和虛像，從而使光學(xué)表面的成像更清晰。增透膜許多的應(yīng)用比如從而使光學(xué)表面的成像更清晰。增透膜許多的應(yīng)用比如攝像機(jī)鏡頭、儀器面板、雙眼望遠(yuǎn)鏡、面板玻璃和望遠(yuǎn)鏡。攝像機(jī)鏡頭、儀器面板、雙眼望遠(yuǎn)鏡、面板玻璃和望遠(yuǎn)鏡。4823d1n2n玻璃玻璃23nn nm 6 .9942minndd0k取取（增強(qiáng)增強(qiáng)）氟化鎂為增透膜氟化鎂為增透膜例例 為了增加透射率，求氟化鎂膜的為了增加透射率，求氟化鎂膜的最最小厚度小厚度已知已知 空氣空氣n1=1.00，氟化鎂，氟化鎂 n2=1.38 ，=

29、550 nm減弱減弱2) 12(22rkdn解解 222tdn則則491n1nnSMdTL劈尖角劈尖角bd22 nd, 2 , 1,22 kk 明紋明紋, 1 , 0,2) 12( kk 暗紋暗紋 同一厚度同一厚度 d 對應(yīng)同一級條紋對應(yīng)同一級條紋等厚干涉。等厚干涉。50L1nd劈尖干涉劈尖干涉nn 1（明紋明紋）dnk2)21( nk2 （暗紋暗紋）討論討論2 (1)棱邊處棱邊處0 d為為暗紋暗紋., 2 , 1,kk明紋明紋, 1 , 0,2) 12 (kk暗紋暗紋22ndbbnd51221niinddd (2)相鄰明紋（暗紋）對應(yīng)相鄰明紋（暗紋）對應(yīng)的的d Lbbdn2 22ndLLbn

30、b (3)條紋間距條紋間距 nb2 Ln1ndnn 1bb2/n劈尖干涉劈尖干涉（明紋明紋）dnk2)21( nk2 （暗紋暗紋）52 (4 )干涉條紋的移動(dòng)干涉條紋的移動(dòng)53(2) 測膜厚測膜厚Sie1n2n2SiO(1) 干涉膨脹儀干涉膨脹儀0l 劈尖干涉的應(yīng)用劈尖干涉的應(yīng)用12nNe l2 Nl 54 (3)檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度 等厚條紋等厚條紋, ,各條紋對應(yīng)空氣膜各條紋對應(yīng)空氣膜厚度相同厚度相同, 左條紋比右條紋對應(yīng)空左條紋比右條紋對應(yīng)空氣膜厚度薄氣膜厚度薄, 彎曲部分在左彎曲部分在左,如正如正常膜對應(yīng)厚度應(yīng)小常膜對應(yīng)厚度應(yīng)小, 只有為凹槽才只有為凹槽才能

31、與右邊平整處有相同空氣膜厚能與右邊平整處有相同空氣膜厚.故不平處為凹槽故不平處為凹槽.2 bbe 凸起高度（凹槽深度）凸起高度（凹槽深度）bbe2/ eb b551nn1nLd空氣空氣 1n(4)測細(xì)絲的直徑測細(xì)絲的直徑bLnd 2 bLd bn2 56由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成d22nd光程差光程差57 牛頓環(huán)干涉圖樣牛頓環(huán)干涉圖樣顯微鏡顯微鏡SLRrdM 半透半透半反鏡半反鏡T58R), 2 , 1(kk明紋明紋), 1 , 0()21(kk暗紋暗紋rd光程差光程差22nd22222)(ddRdRRr02ddRRdRr)2(2Rkr)21( kRr 暗環(huán)半

32、徑暗環(huán)半徑明環(huán)半徑明環(huán)半徑59說明說明:透射光條紋與反射光條紋透射光條紋與反射光條紋互補(bǔ)互補(bǔ)。(2)(2)牛頓環(huán)為明暗相間的同心圓環(huán)牛頓環(huán)為明暗相間的同心圓環(huán), ,條紋條紋中央疏邊緣密中央疏邊緣密. . 牛頓環(huán)的牛頓環(huán)的級次外大級次外大, ,內(nèi)小內(nèi)小. .(3)(3)透射情況透射情況(n(n1 1 n n2 2nn3 3) )(1)(1)級次級次k k的始值須保證的始值須保證0 d且且d=0d=0處處( (中心中心) )為暗斑為暗斑. .Rrd22 (4)(4)平凸鏡上移平凸鏡上移, ,此時(shí)此時(shí)0ddd 反射紋向中反射紋向中收縮收縮( (內(nèi)陷內(nèi)陷););接近時(shí)接近時(shí), ,環(huán)向外冒環(huán)向外冒環(huán)心呈

33、環(huán)心呈明暗交替地變化明暗交替地變化. . Rkr)21( kRr 暗環(huán)半徑暗環(huán)半徑明環(huán)半徑明環(huán)半徑22 d60( (1) )屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？ ( (2) )將牛頓環(huán)置于將牛頓環(huán)置于 的液體中，條紋如何變？的液體中，條紋如何變？1n Rkr)21( kRr 暗環(huán)半徑暗環(huán)半徑明環(huán)半徑明環(huán)半徑22 d牛頓環(huán)牛頓環(huán)61檢測透鏡質(zhì)量、測光波波長、測透鏡曲率半徑等檢測透鏡質(zhì)量、測光波波長、測透鏡曲率半徑等. kRrk 2 Rmkrmk)(2 Rrr2應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例： mrrRkmk22 62在牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)中在牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)中589 nm4.00 mm6

34、.00 mm暗環(huán)暗環(huán)6.79 m mrrRkmk22 632n3n321nnn1nnn半波損失需具體問題具體分析半波損失需具體問題具體分析22 d2d -中心是中心是暗紋暗紋.-中心是中心是明紋明紋.6465一一 光的衍射現(xiàn)象光的衍射現(xiàn)象 光在傳播過程中若遇到尺寸比光的波長大得光在傳播過程中若遇到尺寸比光的波長大得不多的障礙物時(shí)，光會(huì)傳到障礙物的陰影區(qū)并形不多的障礙物時(shí)，光會(huì)傳到障礙物的陰影區(qū)并形成明暗變化的光強(qiáng)分布的現(xiàn)象。成明暗變化的光強(qiáng)分布的現(xiàn)象?？p大縫大, ,直線傳播；直線傳播； 縫小縫小,衍射衍射 圓孔、圓盤、細(xì)絲等尺寸大時(shí)圓孔、圓盤、細(xì)絲等尺寸大時(shí)為象；為象； 尺寸小時(shí)形成明暗相間條

35、紋尺寸小時(shí)形成明暗相間條紋.衍射屏衍射屏觀察屏觀察屏光源光源66單縫菲涅耳衍射單縫菲涅耳衍射67夫夫 瑯瑯 禾禾 費(fèi)費(fèi) 衍衍 射射光源、屏與縫相距無限遠(yuǎn)光源、屏與縫相距無限遠(yuǎn)縫縫菲菲 涅涅 耳耳 衍衍 射射縫縫PS光源、屏與縫相距有限遠(yuǎn)光源、屏與縫相距有限遠(yuǎn)1L2L在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)夫瑯禾費(fèi)衍射夫瑯禾費(fèi)衍射SRP近近場場衍衍射射遠(yuǎn)遠(yuǎn)場場衍衍射射68夫夫 瑯瑯 禾禾 費(fèi)費(fèi) 單單 縫縫 衍衍 射射（衍射角（衍射角 ：向上為正，向下為負(fù)）：向上為正，向下為負(fù)）sinbBC), 3 , 2 , 1(2kkofLPRABsinbQC菲涅耳波帶法菲涅耳波帶法b衍射角衍射角69半波帶法半波帶法(1)原

36、理原理光程差為光程差為/2時(shí)時(shí),單色光單色光入射入射, 如兩光如兩光兩光相干減弱兩光相干減弱.(2)半波帶半波帶對應(yīng)某方向的衍射對應(yīng)某方向的衍射光光,將透過狹縫光的波陣面分成將透過狹縫光的波陣面分成若干條帶若干條帶,相鄰條帶對應(yīng)點(diǎn)相鄰條帶對應(yīng)點(diǎn)的衍射光到屏上會(huì)聚的衍射光到屏上會(huì)聚點(diǎn)的光程差為點(diǎn)的光程差為半個(gè)波長半個(gè)波長.或同一條帶邊緣衍射光到屏上會(huì)聚點(diǎn)的光程差或同一條帶邊緣衍射光到屏上會(huì)聚點(diǎn)的光程差為為半個(gè)波長半個(gè)波長. .(3)結(jié)論結(jié)論相鄰半波帶衍射光屏上相互抵消相鄰半波帶衍射光屏上相互抵消.(4)半波帶數(shù)目半波帶數(shù)目N取決于狹縫邊緣取決于狹縫邊緣A, B 衍射光衍射光到屏上會(huì)聚點(diǎn)的光程差到

37、屏上會(huì)聚點(diǎn)的光程差A(yù)C .70oPRABQC1A2/22sin b23sin b1A2AC2/bABb縫長縫長ABLoQABRLP2個(gè)半波帶時(shí)個(gè)半波帶時(shí)：3個(gè)半波帶時(shí)個(gè)半波帶時(shí)：71),3 ,2, 1(kkkb22sin干涉相消干涉相消( (2) 12(sinkb干涉加強(qiáng)干涉加強(qiáng)(“(“) )2sinkb（介于（介于明明暗暗之間）之間） 個(gè)半波帶個(gè)半波帶k2 個(gè)半波帶個(gè)半波帶12 k0sinb中央明紋中心中央明紋中心sinbBC 2k（ 個(gè)半波帶）個(gè)半波帶）k1A2AC2/oQABRLP72sinIobb2b3bb2b3二二 光強(qiáng)分布光強(qiáng)分布kkb22sin干涉相消干涉相消（）2) 12(si

38、nkb干涉加強(qiáng)干涉加強(qiáng)（“）73(1) (1) 得到的暗紋和中央明紋位置精確得到的暗紋和中央明紋位置精確, ,其它明紋位置其它明紋位置 只是近似只是近似(2) 單縫衍射和雙縫干涉條紋比較：單縫衍射和雙縫干涉條紋比較：單縫衍射條紋單縫衍射條紋雙縫干涉條紋雙縫干涉條紋說明說明742. 單縫衍射明紋角寬度和線寬度單縫衍射明紋角寬度和線寬度中央明紋：角寬度中央明紋：角寬度b/2210 線寬度線寬度b22tan2110fffx 角寬度：角寬度：相鄰兩暗紋中心對應(yīng)的衍射角之差相鄰兩暗紋中心對應(yīng)的衍射角之差線寬度：線寬度：觀察屏上相鄰兩暗紋中心的間距觀察屏上相鄰兩暗紋中心的間距衍射屏衍射屏透鏡透鏡觀測屏觀測

39、屏011x2xof1x10 x1xbb arcsin1fbfx 11第一暗紋的衍射角第一暗紋的衍射角第一暗紋距中心距離第一暗紋距中心距離 kb sin2)12(sin kb（）（）75線寬度線寬度第第k k 級明紋：級明紋：角寬度角寬度b1kkk bfbkbkffxxkkkk )1()(11-波長越長，縫寬越小波長越長，縫寬越小, ,條紋寬度越寬。條紋寬度越寬。中央明紋中央明紋： 角寬度角寬度b/2210 b20fx 衍射屏衍射屏透鏡透鏡觀測屏觀測屏011x2xof1x10 x1x kb sin2)12(sin kb（）（）線寬度線寬度76 一定，一定， 越大，越大， 越大，衍射效應(yīng)越明顯越大

40、，衍射效應(yīng)越明顯.b1 0 , 01 b 增增大大， 減減小小1 b 一定一定減減小小， 增增大大1 b2 ,1 b衍射最大衍射最大b arcsin1 第一暗紋的衍射角第一暗紋的衍射角觀察屏上不出現(xiàn)暗紋。觀察屏上不出現(xiàn)暗紋。光直線傳播光直線傳播幾何光學(xué)。幾何光學(xué)。77 單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？中央明紋中央明紋線寬度線寬度b20fx 78 入射波長變化，衍射效應(yīng)如何變化？入射波長變化，衍射效應(yīng)如何變化？越大，越大， 越大，衍射效應(yīng)越明顯越大，衍射效應(yīng)越明顯. .1 b arcsin1 第一暗紋的衍射角第一暗紋的衍射角79ofR單縫衍射的動(dòng)態(tài)變化單縫

41、衍射的動(dòng)態(tài)變化單縫上移，零級單縫上移，零級明紋仍在透鏡光明紋仍在透鏡光軸上軸上. . 單縫單縫上下上下微小移動(dòng)，根據(jù)透鏡成像原理衍微小移動(dòng)，根據(jù)透鏡成像原理衍射圖射圖不不變變 .80白光入射：白光入射：中央（零級）明紋：中央（零級）明紋：白光條紋白光條紋所有光的零級所有光的零級 衍射角為零衍射角為零, 相干加強(qiáng)。相干加強(qiáng)。其它級其它級 彩色條紋彩色條紋同一同一 k 值明值明紋的衍射角由紋的衍射角由紫到紅紫到紅的增大的增大,條紋條紋由紫到紅由紫到紅的排開。的排開。k大時(shí)大時(shí)發(fā)生發(fā)生重疊重疊, 分辨不清分辨不清.81bAB入射光非垂直入射時(shí)光程差的計(jì)算入射光非垂直入射時(shí)光程差的計(jì)算)sin(sin

42、bBCDB（中央明紋（中央明紋向下向下移動(dòng)）移動(dòng)）DCABbDABC )sin(sin b（中央明紋（中央明紋向上向上移動(dòng)）移動(dòng)）DC1.入射線入射線衍射線衍射線在法線在法線同側(cè)同側(cè)：2.入射線入射線衍射線衍射線在法線在法線異側(cè)異側(cè)：82針孔成像改善視力針孔成像改善視力83自然界中的針孔成像：自然界中的針孔成像：日蝕時(shí)，這些亮圓就日蝕時(shí)，這些亮圓就顯得殘缺。顯得殘缺。太陽透過樹葉間的孔隙所太陽透過樹葉間的孔隙所造成的針孔成像造成的針孔成像-小亮圓就是太陽的像小亮圓就是太陽的像84一、圓孔衍射一、圓孔衍射PHL艾艾里里斑斑dDfd 22. 12 ：艾里斑直徑艾里斑直徑ddfDLP經(jīng)圓孔衍射后經(jīng)圓

43、孔衍射后, ,一個(gè)點(diǎn)光源對應(yīng)一個(gè)愛里斑一個(gè)點(diǎn)光源對應(yīng)一個(gè)愛里斑愛里斑的半角寬度為愛里斑的半角寬度為幾何光學(xué)幾何光學(xué): : 物點(diǎn)物點(diǎn)波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué): :物點(diǎn)物點(diǎn)一一對應(yīng)像點(diǎn)像點(diǎn)一一對應(yīng)像斑像斑85二二 瑞利判據(jù)瑞利判據(jù)08 . 0I 對于兩個(gè)強(qiáng)度相等的不相干的點(diǎn)光源（物對于兩個(gè)強(qiáng)度相等的不相干的點(diǎn)光源（物點(diǎn)），一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖樣的點(diǎn)），一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖樣的主極大主極大剛好和另剛好和另一點(diǎn)光源衍射圖樣的一點(diǎn)光源衍射圖樣的第一極小第一極小相相重合重合，這時(shí)兩個(gè)，這時(shí)兩個(gè)點(diǎn)光源（或物點(diǎn)）恰為這一光學(xué)儀器所分辨點(diǎn)光源（或物點(diǎn)）恰為這一光學(xué)儀器所分辨.D 22.10 可分辨可分辨01 剛可分辨剛可分

44、辨02 03 不可分辨不可分辨最小分辨角最小分辨角86三三 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)*1s2sf02dDfd22. 120Dfd22. 12光學(xué)儀器的通光孔徑光學(xué)儀器的通光孔徑DD22.10最小分辨角最小分辨角光學(xué)儀器分辨率光學(xué)儀器分辨率22.110D1,D 哈哈勃勃太太空空望望遠(yuǎn)遠(yuǎn)鏡鏡 1990 年發(fā)射的年發(fā)射的哈勃哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的凹面物鏡的太空望遠(yuǎn)鏡的凹面物鏡的直徑為直徑為2.4 m，最小分辨角最小分辨角 在大氣層外在大氣層外 615 km 高空繞地運(yùn)行高空繞地運(yùn)行, ,可觀察可觀察130億光年遠(yuǎn)的太空億光年遠(yuǎn)的太空深處，發(fā)現(xiàn)了深處，發(fā)現(xiàn)了500 億個(gè)星系億個(gè)星系 . 01 .

45、0 88 例例1 設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為為3 mm，而在可見光中，人眼最敏感的波，而在可見光中，人眼最敏感的波長為長為550 nm，問問 ( (1) )人眼的最小分辨角人眼的最小分辨角有多大？有多大？ ( (2) )若物體放在距人眼若物體放在距人眼25 cm（明視距離）（明視距離）處，則兩物點(diǎn)間距為多大時(shí)才能被分辨？處，則兩物點(diǎn)間距為多大時(shí)才能被分辨？解解( (1) )D22. 10rad102 . 24 ( (2) )m103m105 . 522. 13740102 . 2cm 25ldmm 0.055cm 5 005. 0dl0 89一一. . 衍射

46、光柵衍射光柵1.1.光柵光柵: :2.2.光柵常數(shù)光柵常數(shù)d bad 反射光柵反射光柵透射光柵透射光柵透光寬度透光寬度不透光寬度不透光寬度ab大量等寬等間距的平行狹縫大量等寬等間距的平行狹縫( (或反射面或反射面) )構(gòu)成的光學(xué)元件構(gòu)成的光學(xué)元件1/dm每毫米均勻刻有每毫米均勻刻有的光柵，的光柵，其光柵常數(shù)其光柵常數(shù)901 01k10II2 2x2sdP1soaad3只考慮只考慮單縫衍射強(qiáng)度單縫衍射強(qiáng)度分布分布只考慮只考慮雙縫干涉強(qiáng)度雙縫干涉強(qiáng)度分布分布雙縫光柵強(qiáng)度雙縫光柵強(qiáng)度分布分布f3.3.光柵衍射的基本特點(diǎn)光柵衍射的基本特點(diǎn)屏上的強(qiáng)度為屏上的強(qiáng)度為單縫衍射單縫衍射和和縫間干涉縫間干涉的共

47、同結(jié)果。的共同結(jié)果。以二縫光柵為例以二縫光柵為例x結(jié)論：結(jié)論：1 01k10II303k660II191二二. 多縫干涉多縫干涉1. 五縫干涉例子五縫干涉例子kdsinl 主極大角位置條件主極大角位置條件, 2 , 1 , 0kk 稱為主極大級數(shù)稱為主極大級數(shù)2sin2 kdA AA 5IAI225相鄰兩縫在相鄰兩縫在 P點(diǎn)點(diǎn)引起引起的光振動(dòng)相位差為的光振動(dòng)相位差為l 主極大強(qiáng)度主極大強(qiáng)度為主極條件下單縫在為主極條件下單縫在 P 點(diǎn)點(diǎn)引起光振動(dòng)矢量的振幅引起光振動(dòng)矢量的振幅A sin dPba Lfo92mdsin5,11, 9 , 6 , 4 , 2 , 1m2 5m 1A5A4A3A2Al

48、 暗紋條件暗紋條件各縫光振幅矢量各縫光振幅矢量: :5321 ., , ,AAAA相鄰矢量相位差相鄰矢量相位差: : sin2 d 暗紋條件暗紋條件(1) 對對五縫干涉五縫干涉，相鄰兩主極大間有，相鄰兩主極大間有4個(gè)極小，個(gè)極小，3個(gè)次極大。個(gè)次極大。結(jié)論結(jié)論-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5 +6I/ I (2)主極大光強(qiáng)是相應(yīng)位置處單縫引起光強(qiáng)的主極大光強(qiáng)是相應(yīng)位置處單縫引起光強(qiáng)的 52 倍倍。k93對對N 縫干涉縫干涉, ,兩主極大間兩主極大間有有N - - 1個(gè)極小，個(gè)極小， N - - 2 個(gè)次極大。個(gè)次極大。1 m0 m1 m081 II1 m0 m1 m04 II2N

49、5N9N衍射屏上總能量衍射屏上總能量NE 主極大的強(qiáng)度主極大的強(qiáng)度2NI 由能量守恒，主極大的由能量守恒，主極大的寬度寬度N1隨著隨著N 的增大，主極的增大，主極大變得更為尖銳，且大變得更為尖銳，且主極大間為暗背景主極大間為暗背景2. N 縫干涉縫干涉1 m0 m1 m025 II縫干涉強(qiáng)度分布縫干涉強(qiáng)度分布縫干涉強(qiáng)度分布縫干涉強(qiáng)度分布縫干涉強(qiáng)度分布縫干涉強(qiáng)度分布94 光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越細(xì)光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越細(xì).(a)1條縫條縫(f)20條縫條縫(e)6條縫條縫(c)3條縫條縫(b)2條縫條縫(d)5條縫條縫三三. 光柵的夫瑯禾費(fèi)衍射光柵的夫瑯禾費(fèi)衍射1. 單縫衍射和縫間干涉的共

50、同結(jié)果單縫衍射和縫間干涉的共同結(jié)果95縫間干涉主極大就是光柵衍射主極大，其位置滿足縫間干涉主極大就是光柵衍射主極大，其位置滿足kdsin, 3 , 2 , 1 , 0k - - 光柵方程光柵方程 多縫干涉主極大光強(qiáng)受單縫衍射光強(qiáng)調(diào)制，使得主極大光多縫干涉主極大光強(qiáng)受單縫衍射光強(qiáng)調(diào)制，使得主極大光強(qiáng)大小不同，在單縫衍射光強(qiáng)極小處的強(qiáng)大小不同，在單縫衍射光強(qiáng)極小處的主極大主極大缺級。缺級。kasindkaksinadkk2ad23ad6, 4, 2k9, 6, 3k缺級條件缺級條件如如缺級缺級缺級缺級3. 缺級條件分析缺級條件分析, 3 , 2 , 1 k2. 光柵方程光柵方程kdsin964.

51、暗紋條件暗紋條件mNdsin2, 1, 1, 2, 2 , 1NNNNm2 mN設(shè)光柵總縫數(shù)為設(shè)光柵總縫數(shù)為 N，各縫在觀察屏上某點(diǎn)，各縫在觀察屏上某點(diǎn) P 引起的光振動(dòng)引起的光振動(dòng)矢量為矢量為NiAAAA , , , , , 21為相鄰光振動(dòng)矢量夾角為相鄰光振動(dòng)矢量夾角 sin2 d 暗紋條件暗紋條件光柵衍射中，兩主極大條紋之間分布著一些暗紋，這是縫光柵衍射中，兩主極大條紋之間分布著一些暗紋，這是縫間干涉相消而成。間干涉相消而成。當(dāng)這些振動(dòng)矢量組成的多邊形封閉時(shí)，合矢量為零，對應(yīng)點(diǎn)當(dāng)這些振動(dòng)矢量組成的多邊形封閉時(shí)，合矢量為零，對應(yīng)點(diǎn)為暗紋，則為暗紋，則其中其中97四四. . 光柵光譜及分辨本

52、領(lǐng)光柵光譜及分辨本領(lǐng)1. 1. 光柵光譜光柵光譜0級級1級級2級級-2級級-1級級3級級-3級級白光的光柵光譜白光的光柵光譜2. 光柵的色分辨本領(lǐng)光柵的色分辨本領(lǐng)( 將波長相差很小的兩個(gè)波長將波長相差很小的兩個(gè)波長 和和 + 分開的能力分開的能力 )光柵的色分辨率光柵的色分辨率 kNR 98連續(xù)光譜：連續(xù)光譜：熾熱物體光譜熾熱物體光譜線狀光譜線狀光譜：放電管中氣體放電放電管中氣體放電帶狀光譜：帶狀光譜：分子光譜分子光譜 衍射光譜分類衍射光譜分類 光譜分析光譜分析由于不同元素（或化合物）各有自己由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光譜特定的光譜，所以由譜線的成分，可分析出，所以由譜線的成分，可

53、分析出發(fā)光物質(zhì)所含的元素或化合物；發(fā)光物質(zhì)所含的元素或化合物； 還可從還可從譜線的強(qiáng)度譜線的強(qiáng)度定量分析出元素的含量定量分析出元素的含量.99*五五. 斜入射的光柵方程斜入射的光柵方程kd)sin(sin主極大條件主極大條件k = 0, 1, 2, 3N缺級條件缺級條件)sin(sinkakd)sin(sin最多明條紋數(shù)最多明條紋數(shù))22()sin2(sinmaxdk)sin2 (sin max-dk1maxmaxkkNAB asinsinap100當(dāng)當(dāng) = -90o 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) = 90o 時(shí)時(shí)一束波長為一束波長為 480 nm 的單色平行光，照射在的單色平行光，照射在每毫米每毫米內(nèi)有內(nèi)有60

54、0條條刻痕的平面透射光柵上?？毯鄣钠矫嫱干涔鈻派?。求求(1) 光線垂直入射時(shí)，最多能看到第幾級光譜？光線垂直入射時(shí)，最多能看到第幾級光譜？(2) 光線以光線以 30o入射角入射時(shí)，最多能看到入射角入射時(shí)，最多能看到第幾級光譜第幾級光譜？ kd sinm 106110600153 d dk max3108 . 461075 kd )03sin(sino5max k解：解：1max k(1)(2)101(2) 斜入射時(shí)，可得到更高級次的光譜，提高分辨率。斜入射時(shí)，可得到更高級次的光譜，提高分辨率。(1) 斜入射級次分布不對稱斜入射級次分布不對稱(3) 垂直入射和斜入射相比，垂直入射和斜入射相比，完

55、整級次數(shù)不變。完整級次數(shù)不變。(4) 垂直入射和斜入射相比，垂直入射和斜入射相比，缺級級次相同。缺級級次相同。 kd )sin(sin )sin(sinka adkk ）（, 3 , 2 , 1 k上題中上題中垂直入射垂直入射級數(shù)級數(shù)3 , 2 , 1 , 0 , 1, 2, 3 k斜入射斜入射級數(shù)級數(shù)5 , 4 , 3 , 2 , 1 , 0 , 1 k說明說明102光的光的波動(dòng)性波動(dòng)性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射 . .光波是光波是橫波橫波 光的偏振光的偏振 . .機(jī)械機(jī)械橫波橫波與與縱波縱波的區(qū)別的區(qū)別機(jī)械波穿過狹縫機(jī)械波穿過狹縫103一一. 自然光自然光面對光的傳播方向觀察面對光的傳

56、播方向觀察: :yxEE yxIII自然光的表示法自然光的表示法: 一般光源發(fā)出的光，包含各個(gè)方向的光矢量一般光源發(fā)出的光，包含各個(gè)方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等。在所有可能的方向上的振幅都相等。注意注意 二互相垂直方向是任選的二互相垂直方向是任選的 .104 某一方向的光振動(dòng)比與之垂直方向上的光振動(dòng)某一方向的光振動(dòng)比與之垂直方向上的光振動(dòng)占優(yōu)勢占優(yōu)勢的光為部分偏振光的光為部分偏振光 .二二. 部分偏振光部分偏振光面對光的傳播方向觀察面對光的傳播方向觀察: :部分偏振光的表示法部分偏振光的表示法平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng) 105

57、三三. 線偏振光線偏振光 (平面偏振光平面偏振光)（面對光的傳播方向觀察）（面對光的傳播方向觀察）線偏振光線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解: :EExcos( (光振動(dòng)平行板面光振動(dòng)平行板面) )(光振動(dòng)垂直板面光振動(dòng)垂直板面)表示法表示法: EEysinxEyEE光振動(dòng)只沿某一固定方向的光光振動(dòng)只沿某一固定方向的光 .106四四. 起偏和檢偏偏振片起偏和檢偏偏振片自然光自然光I0線偏振光線偏振光I偏振化方向偏振化方向021II ? I 線偏振光線偏振光I起偏器起偏器檢偏器檢偏器 偏振化方向偏振化方向 ： 當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，它只讓某

58、一它只讓某一特定方向的光特定方向的光通過，這個(gè)方向叫此通過，這個(gè)方向叫此偏振片的偏振化方向偏振片的偏振化方向 .107通光方向通光方向腰腰橫別橫別扁擔(dān)進(jìn)不了城門扁擔(dān)進(jìn)不了城門形象說明偏形象說明偏振片的原理振片的原理108 二向色性二向色性: 某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng)某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng) , , 而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過, , 這種這種性質(zhì)稱二向色性性質(zhì)稱二向色性 . 偏振片偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片：涂有二向色性材料的透明薄片 . 起起 偏偏021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器起偏器109檢偏器檢偏器 檢檢 偏偏起偏器起偏器11

59、0五五. 馬呂斯定律馬呂斯定律（1808 年）年） 2EI -(-(馬呂斯定律馬呂斯定律) )EEI222cos cosEE E cos 2 II 0max0III ，當(dāng)當(dāng)02 I， 消光消光; 當(dāng)當(dāng)檢偏器檢偏器起偏器起偏器IIEENM111平行放置兩偏振片，使它們的偏振化方向成平行放置兩偏振片，使它們的偏振化方向成 60 夾夾角。讓自然光垂直入射后角。讓自然光垂直入射后,下列兩種情況下：下列兩種情況下：0121II (1) 無吸收時(shí)無吸收時(shí)，有，有60cos21202II 125.08160cos21202 II兩偏振片對光振動(dòng)平行于其偏振化方向的光線兩偏振片對光振動(dòng)平行于其偏振化方向的光線

60、 均無吸收均無吸收例例求求解解(2) 有吸收時(shí)有吸收時(shí)，有，有10. 0101%)101(81202 II(2) 兩偏振片對光振動(dòng)平行于其偏振化方向的光線兩偏振片對光振動(dòng)平行于其偏振化方向的光線分別吸收了分別吸收了10% 的能量的能量透射光的光強(qiáng)與入射光的光強(qiáng)之比是多大？透射光的光強(qiáng)與入射光的光強(qiáng)之比是多大？112一一. 反射和折射產(chǎn)生的偏振反射和折射產(chǎn)生的偏振ib 布儒斯特角或起偏角布儒斯特角或起偏角自然光反射和折射后自然光反射和折射后產(chǎn)生部分偏振光產(chǎn)生部分偏振光線偏振光線偏振光ib+=90o 時(shí)，時(shí)，反射光為線偏振光反射光為線偏振光二二. 布儒斯特定律布儒斯特定律 bbinnincossi

61、nsin2212112tannnnib i 1n2n i bi 1n2n bi 2b i113815600. 150. 1arctan bi例如例如 n1 =1.00( (空氣空氣) )， n2 =1.50( (玻璃玻璃) )，則，則空氣空氣玻璃玻璃玻璃玻璃空氣空氣243350. 100. 1arctan bi bi 1n2n bi 2b i2112tannnnib114注意注意 一般的光學(xué)玻璃一般的光學(xué)玻璃 , ,一次起偏垂直入射面的振動(dòng)僅很小一次起偏垂直入射面的振動(dòng)僅很小 部分被反射（部分被反射（約占入射光強(qiáng)度的約占入射光強(qiáng)度的7.5%） ，所以，所以反射偏反射偏振光很弱振光很弱 .反射光

62、的強(qiáng)度反射光的強(qiáng)度, , 大部分光將透過玻璃。大部分光將透過玻璃。利用利用玻璃片堆玻璃片堆產(chǎn)生產(chǎn)生線偏振光線偏振光bi反射光是線偏振光反射光是線偏振光透（折）射光是線偏振光透（折）射光是線偏振光115討論討論討論光線的反射和折射討論光線的反射和折射( (起偏角起偏角 )bibibibiiii116一一 雙折射的尋常光和非尋常光雙折射的尋常光和非尋常光動(dòng)動(dòng) 光光 學(xué)學(xué)雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象波波 動(dòng)動(dòng) 光光 學(xué)學(xué) nisinsin恒量恒量i玻璃玻璃n折折 射射 定定 律律方解石晶體方解石晶體117光通過光通過雙折射晶體雙折射晶體118 尋常光線尋常光線服從折射定律的光線服從折射定律的光線 非常光線非

63、常光線不服從折射定律的光線不服從折射定律的光線（一般情況，非常光不在入射面內(nèi)）（一般情況，非常光不在入射面內(nèi)）119實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明： O 光和光和 光均為偏振光光均為偏振光.eACBoeDeo120 產(chǎn)產(chǎn) 生生 雙雙 折折 射射 的的 原原 因因o光波陣面光波陣面 光波陣面光波陣面e光軸光軸ovev 尋常光線尋常光線 在晶在晶體中各方向上傳播體中各方向上傳播速度相同速度相同. oovcn常量常量121eevcn 非常光線非常光線晶體中各方向上傳晶體中各方向上傳播速度不同播速度不同, ,隨方隨方向改變而改變向改變而改變.為主折射率為主折射率eno光波陣面光波陣面 光波陣面光波陣面e光軸光軸ovev122光軸光軸 在方解石這在方解石這類晶體中存在一個(gè)類晶體中存在一個(gè)特殊的方向，當(dāng)光特殊的方向，當(dāng)光線沿這一方向傳播線沿這一方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射現(xiàn)時(shí)不發(fā)生雙折射現(xiàn)象象 .光軸光軸102AB光軸光軸78787810210212371109光軸光軸 主截面主截面 當(dāng)光在一晶體表面入射時(shí)，當(dāng)光在一晶體表面入射時(shí)，此表面的法線與光軸所成的平面此表面的法線與光軸所成的平面.71109光軸光軸 光光 光光eo