11第十一章 波动光学

祝之光版大学物理课件

第十一章 波动光学

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第十一章 波动光学1111-0 1111-1 1111-2 1111-3 教学基本要求 光的相干性 光程 分波面干涉 分振幅干涉

114-04 第四章教学基本要求 11光的衍射 114-05 第四章教学基本要求 11衍射光栅 114-06 第四章教学基本要求 11光的偏振

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了解获得相干光的方法， 一、了解获得相干光的方法，理解光程的概念以及光程差与 相位差的关系，掌握光的干涉加强和减弱的条件. 相位差的关系，掌握光的干涉加强和减弱的条件 掌握杨氏双缝干涉和薄膜等厚干涉条纹的分布规律， 二、掌握杨氏双缝干涉和薄膜等厚干涉条纹的分布规律，了 解半波损失发生的条件，了解劈尖干涉的应用. 解半波损失发生的条件，了解劈尖干涉的应用 *三、了解迈克尔逊干涉仪的工作原理和迈克耳孙 莫雷实验 莫雷实验. 三 了解迈克尔逊干涉仪的工作原理和迈克耳孙-莫雷实验 了解惠更斯-菲涅尔原理 菲涅尔原理， 四、了解惠更斯 菲涅尔原理，能用菲涅尔半波带法分析单缝 夫琅禾费衍射条纹的分布规律， 夫琅禾费衍射条纹的分布规律，理解缝宽及波长对衍射条纹分布 的影响. 的影响 了解光栅衍射条纹的形成及特点， 五、了解光栅衍射条纹的形成及特点，理解并会应用光栅极 大方程，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响， 大方程，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响，了 解光栅衍射的应用. 解光栅衍射的应用 *六、了解光栅方程的缺级现象，了解 射线的衍射及应用 射线的衍射及应用. 六 了解光栅方程的缺级现象，了解X射线的衍射及应用 理解自然光、线偏振光和部分偏振光的特征及检验方法， 七、理解自然光、线偏振光和部分偏振光的特征及检验方法， 理解马吕斯定律，理解布儒斯特定律， 理解马吕斯定律，理解布儒斯特定律，了解反射和折射时光的偏 振的应用. 振的应用

教学基本要求

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11-1 光的相干性 光程 11预习要点 1. 普通光源发光有什么特点？实现稳定干涉的条件是 普通光源发光有什么特点？ 什么？ 什么？ 2. 注意获得相干光的方法 注意获得相干光的方法. 3. 什么是光程? 如何用光程差表示两初相位相同的相 什么是光程 干光的相位差以及干涉的加强和减弱的条件？ 干光的相位差以及干涉的加强和减弱的条件？

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一、光的相干性1.产生相干光的条件 1.产生相干光的条件 两束光频率相同，振动方向一致，有恒定的相位差. 两束光频率相同，振动方向一致， 恒定的相位差. 频率相同 方向一致 2.获得相干光的方法 2.获得相干光的方法 把由光源上同一点发的光分成两部分， 把由光源上同一点发的光分成两部分，然后再使 这两部分叠加

起来. 这两部分叠加起来 分波面法 在同一波面上取两固定点光源， 在同一波面上取两固定点光源，发出的光构成相 干光，这种方法为分波面法. 如杨氏双缝干涉实验. 干光，这种方法为分波面法 如杨氏双缝干涉实验 分振幅法 一束光线经过介质薄膜的反射与折射， 一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两 束光线为相干光，这种方法为分振幅法. 如薄膜干涉、 束光线为相干光，这种方法为分振幅法 如薄膜干涉、 等厚干涉. 等厚干涉

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P A S * S* B

分振幅法

分波阵面法

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二、光程和光程差1. 光程 两相干光波在介质 中以波长λ 传播 S1 r1

λn

a1 = A cos(ωt + 1) 1

n

S2

r2

λn

P

a2 = A2 cos(ωt + 2 )若 1 = 2 , r2 r1 = l 传到P点的光振动的相位差 点的光振动的相位差： 则S1、S2传到 点的光振动的相位差：

= (ωt + 1 2π= 2π( r2 r 1

λn

r 1

) (ωt + 2 2πl

λn

r2

)

λn

) = 2π

λn

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计算相位差比较麻烦， 用介质中的波长λ 计算相位差比较麻烦，统一用 n 计算相位差可简化计算. 光在真空中的波长 λ 计算相位差可简化计算. 以n表示的折射率 表示的折射率

c 由 n= , u

且

λ λν c = = =n λ n λn ν ul

u = λnν , c = λν

所以介质中的波长为 所以介质中的波长为

λn =

λn

nl = 2π = 2π λn λ

定义光程 介质折射率n与光的几何路程 与光的几何路程r之积 定义光程: 介质折射率 与光的几何路程 之积 nr. 光程

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物理意义： 物理意义 ： 光程是在引起相同相位 改变的条件下，与光在折射率为n的介质 改变的条件下，与光在折射率为 的介质 中的几何路程r相当的同一单色光在真空 中的几何路程 相当的同一单色光在真空 中的传播路程nr. 中的传播路程 如果光线穿过多种介质时， 如果光线穿过多种介质时，其光程为

r

λn

=

nr

λ

r1 r2 n1 n2

ri ni

rn nnn i =1

L = n1r1 + n2r2 + + nnrn = ∑ niri对应的相位改变

= 2π

L

λ

=

2π

λ

∑n r

i i

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2. 光程差与相位差 假设光在两种不同介质中传播， 假设光在两种不同介质中传播，则

= 2π(