1、波动光学,第十章,一、光的两种学说,牛顿的微粒说 光是由发光物体发出的遵循力学 规律作等速运动的粒子流。,惠更斯的波动说 光是一种机械波，它依靠所谓的弹性介质“以太”来传播。,10.1 杨氏双缝干涉,一、光源,1、光是电磁波,红外光：波长0.76m 可见光：波长在0.40m与0.76m之间 紫外光：波长0.40m,2、普通光源发光机制,普通光源：最基本发光单元是分子、原子,二、光的干涉现象,两束光在相遇区域形成稳定的、有强有弱的光强分布。,a相干条件振动方向相同；振动频率相同；相位相同或相位差保持恒定,b明暗条纹条件,明条纹：=2k k=0,1,2, 暗条纹：=(2k1) k=0,1,2,3,
2、普通光源获得相干光的方法,（1）分波面法 杨氏干涉,三、获得相干光的方法,（2）分振幅法 等厚干涉,四、光程和光程差,光在介质中传播 距离，相位改变为,光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程,光在介质中传播几何路程 ，相应的位相变化：,定义光程: 媒质折射率与光的几何路程之积 =,如果光线穿过多种媒质时，其光程为：,干涉现象决定于两束相干光的位相差,两束相干光通过不同的介质时， 位相差不能单纯由几何路程差决定。,光程差,两同相相干光源，干涉条件,五、使用透镜不会引起附加光程差,6. 分波面干涉,杨氏双缝干涉,1、光程差：,r12=D2+(x-d/2)2r22=D2+(x+d/2)2,D d
3、,r22- r12=2xd,(r2- r1)( r2+r1)=2xd,r2+r12D,（1）明纹：干涉加强,（2）暗纹：干涉减弱,2、杨氏干涉条纹,（3）两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。,(1)坐标原点处为中央明纹，又叫零级明纹。,3、干涉条纹特点：,(3)相邻明条纹和相邻暗条纹等间距，与干涉级k 无关。,若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。,(2)明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧。,4讨论 x=D/d,S下移时，零级明纹上移，干涉条纹整体向上平移； S上移时，干涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。,当d 增大时，x减小，零级明纹位置不变，条纹变紧密; 当d 减小时，x增大，条纹变稀
4、疏。,光源S位置改变：,双缝间距d 改变：,双缝与屏幕间距D 改变：,当D 减小时，x减小，零级明纹位置不变，条纹变紧密; 当D 增大时，x增大，条纹变稀疏。,当增大时，x增大，条纹变稀疏； 当减小时，x减小，条纹变紧密。,入射光波长改变：,把整个实验装置置于折射率为n的介质中,条纹间距为： x=D/(n d),干涉条纹变紧密,(1) 一定时，若 变化, 则 将怎样变化？,(2) 一定时,缝间距离 与 的关系如何？,在S1后加透明介质薄膜（厚度为t折射率为n）,零级明纹：,零级明纹上移，屏上所有干涉条纹同时向上平移。,明条纹：=k,条纹间距不变,例1：在杨氏双缝干涉实验中，已知双缝间距为0.6
5、0mm，缝和屏相距1.50m，测得条纹宽度为1.50mm，求入射光的波长。,条纹间距,解：,光波的波长,解：,例2：当双缝干涉装置的一条狭缝后面盖上折射率1.58厚度为t的云母片时，观察到屏幕上干涉条纹移动了9个条纹间距，已知波长=5500 ，求云母片的厚度。,假设未加云母片时，p点出现k级亮纹：,加云母片后，p点出现k-9级亮纹：,洛埃镜实验,半波损失 ：光从光速较大的介质射向光速较小的介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变了 ， 相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失.,10.2 薄膜干涉,一、洛埃镜实验与半波损失,1、产生半波损失的条件：光从光疏介质正射或掠射向光密
6、介质，即n1n2,2、半波损失只发生在反射光中,3、对于三种不同的媒质，两反射光之间有无半波损失？,情况1： n1n2n3,有,有,没有,情况2： n1n2n3,无,无,没有,情况3： n1n3,有,无,有,情况4： n1n2n3,无,有,有,二 等厚干涉,等厚干涉：在同一干涉条纹 下薄膜厚度相同.,无半波损失,有半波损失,1 劈尖,加强,减弱,（1） 条纹位置,（2） 相邻明纹（暗纹）间的厚度差,（3）条纹间距（明纹或暗纹）,(4)棱边处，e=0, =/2，出现暗条纹,测量微小物体的厚度,由,有,检验光学元件表面的平整度,劈尖干涉的应用：,2 牛顿环,空气薄层中，任一厚度e处反射光的干涉条件
7、：,略去e2,各级明、暗干涉条纹的半径：,中心处e=0,两反射光的光程差 =/2，暗斑。,例4 用紫光照射，借助于低倍测量显微镜测得由中心往外数第 k 级明环的半径 , k 级往上数第16 个明环半径 ，平凸透镜的曲率半径R=2.50m,求：紫光的波长？,解：,增透膜和增反膜,增透膜-利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。,增反膜-利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。,问：若反射光相消干涉，膜的厚度 至少为多少？此增透膜在可见光 范围内有没有增反？,例3 已知用波长 ，照相机镜头n3=1.5，其 上涂一层 n2=1.38的氟化镁增透膜，光线垂直入射。,解：,相消：,无附加光程差,此膜对反射光相干相长的条件：,可见光波长范围 400 700 nm,波长412.5 nm 的可见光有增反。,
