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1、光学,几何光学,波动光学,量子光学,光的本性,微粒说与波动说之争,牛顿的微粒说： 光是由光源发出的微粒流。,惠更斯的波动说： 光是一种波动。,光的电磁本性,1801年，英国物理学家托马斯杨（T. Young，17731829）首先利用双缝实验观察到了光的干涉条纹，从实验上证实了光的波动性。,1865年，英国物理学家麦克斯韦从他的电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光就是一种电磁波。,第13章 波动光学,研究光的干涉、光的衍射、光的偏振,13.1 相干光,可见光的范围,1.光矢量 用 矢量表示光矢量, 它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用 .,光强,2. 相干光,1）普通光源的发光机制,普通光
2、源发光特点： 原子发光是断续的，每次发光形成一长度有限的波列, 各原子各次发光相互独立，各波列互不相干.,6,2）相干光的产生,分波阵面法,分振幅法,杨氏双缝、双镜、劳埃镜等,水面上的彩色油膜、彩色肥皂泡、劈尖干涉等,132 杨氏双缝实验 劳埃镜,13.2.1 杨氏双缝实验 （1801年）,1. 杨氏双缝实验装置及干涉条纹,实验装置,干涉条纹与缝平行,复习：干涉明暗条件,明纹中心,暗纹中心,若,波程差,明纹中心,暗纹中心,波程差:,d= 0.11mm; D=110m;,2. 波程差的计算,x=110cm,1. 明纹,3. 明暗纹条件,4. 干涉条纹的特点,1）与双缝平行、以中央明纹（k=0 的
3、明纹）为对称、明暗相间的直条纹；,2） 条纹等间距，相邻明（或相邻暗）纹间距,色散 (除0级外)：白光入射,中央 0 级为白色亮纹，两侧为彩色，由蓝到红向外展开,5. 光强分布曲线,解（1）,（2）,13.2.2 劳埃镜,半波损失 ：光从光疏介质入射到光密介质界面时，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.,M,13.3 光程 光程差,介质中的波长,介质的折射率,光线经过介质时会发生什么变化？,16,问 如图两相干光源光振动相位相同且 , P 点干涉加强还是减弱 ?,物理意义：在折射率为n的介质中传播几何路程 r所产生的相位变化，相当
4、于光在真空中传播几何路程nr所产生的相位变化。,1.光程: 媒质折射率与光的几何路程之积 =,介质中的波长,若,图中光程,2. 相位差与光程差的关系,3. 干涉加强条件,干涉减弱条件,表示光程差,13.3.2 透镜不产生附加光程差,平行光通过透镜后各光线的光程相等,讨论：（1）双缝干涉，若r2光路中放置一厚为e的介质（折射率n）,S,r1,r2,下移,(2)若放入介质后，第7级明纹恰好移到原第0级的位置，则有关系式；,条纹下移,则条纹如何移动？,(n-1)e=7,可求出n,e或,例2 在杨氏干涉实验中，光波波长=632.8nm，双缝间距为1.00mm，缝至屏幕的距离100cm，求 (2)整个装
5、置在水(n=1.33)中，屏幕上明条纹的宽度；(3) 装置在空气中，但其中一条狭缝用一厚度为,cm的透明薄片覆盖，这时第7级明纹处于原来的零级明纹位置，薄膜的折射率n为多少？,解（2） 这时波长为 ，将数值代入，得,解（3）,原来零级明纹位置：,若上缝加薄片，加薄片后光程差：,加薄片后7级明纹：,13.4 薄膜干涉（膜厚均匀）,油层上反射光的干涉,肥皂薄膜的干涉图样,镜头表面的增透膜,24,有各种色素细胞，加之光的干涉现象,光线垂直入射,透射光呢？,反射光干涉：,（1） 膜两侧介质折射率均比膜大（或小）,2,3,光程差为从光源开始到相遇之间的光程之差。,若透射光为干涉极大，反射光为干涉极小.,
6、能否看到离散的条纹？,（2） 膜两侧介质折射率一侧比膜大，另一侧比膜小,增透膜 增反膜,利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率 .,增透膜：,MgF2（n=1.38),1,2,求增透膜的最小厚度,k=0时,薄膜干涉1.rm,通常在玻璃器件上镀多层ZnS（n=2.35）,反射率为99以上.薄膜干涉2.rm,增反膜：,增反反射极大,最小厚度：,注意：增透或增反是针对特定的波长而言,ZnS（n=2.35）,1,2,解 (1),绿色,(2)透射光光程差,(2)如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层呈什么颜色?,1,2,红色,紫色,其它角度入射的反射光干涉,当薄膜是等厚时,则相同入射角的光对应同一条纹等
7、倾干涉。,明纹中心,7 6 5 4 3 2 1,13.5.1 劈 尖,13.5 劈尖 牛顿环,劈尖干涉是等厚干涉,明纹,暗纹,明纹：,暗纹：,相邻明(或暗)条纹间的高度差：,条纹间距, , 条纹越稀疏.,测波长、n、厚度、细小直径、微小变化,3. 劈尖干涉应用 ：,37,Si,被检体,被检体,标准角规,标准角规,测表面不平度,40,1等倾干涉.rm,例2 在半导体器件生产中，为精确地测定硅片上的SiO2薄膜厚度，将薄膜一侧腐蚀成劈尖形状，如图所示。用波长为589.3nm的钠黄光从空气中垂直照射到SiO2薄膜的劈状部分，共看到6条暗条纹，且第6条暗条纹恰位于图中劈尖的最高点A处，求此SiO2薄膜的厚度（已知：SiO2和Si 的折射率为n1 = 1.50和n2 = 3.42）。,解,在厚度为e处，薄膜上、下表面反射光的光程差为,第6条暗纹对应k=5，得膜厚为,或根据条纹间距是/2n，而整个劈尖共对应5.5个暗纹间距，所以膜厚为,
