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1、介绍有关光的波动特征和规律：1. 干涉现象 2. 衍射现象 3. 偏振现象光：频率在1014Hz1015Hz (或波长在76004000) 范围的电磁波对仪器、人眼睛敏感的是电磁波电场分量光矢量第一部分 光的干涉现象阳光下的肥皂泡两平板玻璃之间的劈尖空气膜产生的干涉条纹等倾干涉条纹牛顿环 (等厚干涉条纹)12-1 12-1 光的单色性和相干性光的单色性和相干性激发激发辐辐 射射发光持续时间发光持续时间激发态上电子的寿命激发态上电子的寿命1. 1.普通普通光源发光特点光源发光特点间歇发光间歇发光光波列光波列- -长度有限、频率一定、振动方向一定的光波长度有限、频率一定、振动方向一定的光波电（热、
2、化电（热、化 学等）激励学等）激励独立(不同原子的发光)独立(同一原子的先后发光) 不同不同光波列光波列-非相干光非相干光2. 激光光源：受激辐射 = (E2-E1)/hE1E2完全一样(频率,位相,振动 方向,传播方向)单色光：具有单一频率的光波光谱曲线：光的强度按波长 （或频率）分 布曲线频宽或线宽越窄，光的单色性越好3. 3. 单色性单色性4. 4. 相干性相干性相干光：频率同、振动方向同、位相差 同或恒定5. 5. 相干光的获得方法: 原理：将光源上同一点发出的光“一分为二”，然后再使其叠加起来。基本方法有两种：基本方法有两种：分波阵面法分波阵面法和和 分振幅法分振幅法。分波阵面法分波
3、阵面法：从同一波阵面上取出：从同一波阵面上取出 两子波波源作为相干光源。两子波波源作为相干光源。杨氏双缝实验杨氏双缝实验分振幅法分振幅法：利用光在两种介质分界：利用光在两种介质分界 面上的反射光或透射光作为相干光。面上的反射光或透射光作为相干光。薄膜干涉薄膜干涉1. 1.杨氏双缝实验装置原理杨氏双缝实验装置原理12-2 12-2 双缝干涉双缝干涉2. 2.问题求解问题求解波程差：波程差：找两束相干光找两束相干光明、暗纹的位置：明、暗纹的位置：明纹暗纹其中其中讨论：讨论： 对应对应k k=0=0的明纹的明纹- -中央明纹中央明纹, , 对应对应k k=1, =1, k k=2,=2,为为 第一级
4、第一级, , 第二级，第二级，明纹明纹相邻两明相邻两明( (或暗或暗) )纹的间距纹的间距-明暗相间等间距条纹明暗相间等间距条纹 FF 一定时一定时- -条纹变疏条纹变疏FFd d和和D D一定一定时时 x x x x - -条纹变密条纹变密d d或或D Dd d 或或D D x x x x白光照射：白光照射： 中央明纹为白中央明纹为白 色，其它各级色，其它各级 为彩色，内紫为彩色，内紫 外红外红若若 ，则，则明明暗暗光强分布斜入射时，中央零级明纹的位置：k=0k=0 菲涅耳双棱镜实验菲涅耳双棱镜实验s s1 1s s2 2s s等效为两个虚光源光的干涉。等效为两个虚光源光的干涉。-明暗条纹分
5、布与杨氏双缝实验相同明暗条纹分布与杨氏双缝实验相同3.3.其它分波阵面方法其它分波阵面方法- -明、暗纹分布与双缝同明、暗纹分布与双缝同等效为两个等效为两个虚光源虚光源光的干涉光的干涉 菲涅耳双镜菲涅耳双镜光在镜面反射时有半波损失光在镜面反射时有半波损失-明、暗纹分布与双缝相反明、暗纹分布与双缝相反暗纹暗纹 洛埃镜洛埃镜S S1 1S S2 2该该公式是否适用？公式是否适用？波长不同，不可用。波长不同，不可用。波程差波程差极大极大极小极小12-3 12-3 光程与光程差光程与光程差1. 光程=相同时间内光在在真空中传播的距离-光在媒介中的速度给定某一单色光，其频率 在不同媒质中相同，但、u不同
6、。激发激发辐辐 射射1. 1.普通普通光源发光特点光源发光特点间歇发光间歇发光光波列光波列- -长度有限、频率一定、长度有限、频率一定、 振动方向一定的光波振动方向一定的光波电（热、化电（热、化 学等）激励学等）激励独立(不同原子的发光)独立(同一原子的先后发光) 不同不同光波列光波列-非相干光非相干光2. 2.杨氏双缝实验杨氏双缝实验设真空中： 、c折射率为n的介质中： 、则2. 光程差相位差：相位差： ：真空中波长真空中波长S S1 1S S2 2设设相干光源方程为相干光源方程为在相遇点，振动方程分别为在相遇点，振动方程分别为S S1 1S S2 2振动相位差振动相位差设设 为为光在真空中
7、的波长。光在真空中的波长。介质中的波长介质中的波长光程差光程差相位差决定于光程差，而不是几何距离差相位差决定于光程差，而不是几何距离差 r r2 2 - - r r1 1 , ,干涉极大和极小的条件：干涉极大和极小的条件：3. 反射光的相位突变和附加光程差 透射光均无半波损失。n1n2无半波损失4. 4. 透镜的等光程性透镜的等光程性l laFaF、cFcF在空气中在空气中传播距离长，在透传播距离长，在透镜中传播的距离短镜中传播的距离短l lbFbF则相反则相反l laFaF、cFcF和和bFbF光程相等，在会聚点光程相等，在会聚点F F 形成亮点形成亮点l l透镜不会引起附加光程差透镜不会引
8、起附加光程差agcbh. .eF屏.d.m.光的干涉核心问题：光 程 差几何路径介质性质半波损失 例例1 1 在杨氏双缝实验中在杨氏双缝实验中, , 用用 =6.328=6.328 10107 7mm的光的光照射双缝产生干涉条纹照射双缝产生干涉条纹. . 当用折射率当用折射率n=1.58n=1.58的透的透 明薄片盖在缝明薄片盖在缝S S1 1上时上时, , 中央明纹向上移动了中央明纹向上移动了5 5条，条，求薄片厚度。求薄片厚度。解解：设：设P P点为放入薄点为放入薄片片后中央明纹的后中央明纹的位置位置则则而而未放薄片前未放薄片前P P点为第点为第5 5级明纹级明纹另解：另解：放入薄放入薄片
9、片后，两缝光线在后，两缝光线在O O处的光程差处的光程差12-4 12-4 薄膜干涉薄膜干涉-等倾条纹等倾条纹一、薄膜干涉一、薄膜干涉1. 1.反射光干涉反射光干涉上下两表面反射上下两表面反射 光的光程差为光的光程差为（厚度均匀膜）（厚度均匀膜）根据折射定律根据折射定律代入代入光程差表式中光程差表式中则则得得干涉明、暗纹条件干涉明、暗纹条件暗纹暗纹明纹明纹说明：说明：附加光程差是否存在附加光程差是否存在, , 取决于薄膜取决于薄膜 和两侧介质的折射率。和两侧介质的折射率。n n1 1n n2 2n n3 3n n2 2 为最大或最小时，为最大或最小时， 有附加光程差有附加光程差 /2/2 。（
10、1 1）n n1 1 n n2 2n n3 3n n2 2 大小居中时，没大小居中时，没 有附加光程差：有附加光程差：（2 2）(1)(1)光程差是入射角光程差是入射角 的函数的函数, , 即即光源向光源向 不同位置发出的光不同位置发出的光, , 只要只要倾角相同倾角相同，干干 涉结果相同。涉结果相同。- 等倾干涉等倾干涉讨论：讨论：薄膜薄膜反射板反射板透镜透镜屏幕屏幕等倾干涉条纹是一组明暗相间的同等倾干涉条纹是一组明暗相间的同 心圆环，心圆环，半径大的圆环对应的半径大的圆环对应的 i i 大大 , ,而而 干涉级次干涉级次 k k 低低 , , 中心处干涉级最高中心处干涉级最高 , ,圆圆
11、环分布内疏外密。环分布内疏外密。(2)(2)等倾干涉条纹分布特点：等倾干涉条纹分布特点：(3)(3) e e 增大，则增大，则 k k 增大，圆环中心处有圆增大，圆环中心处有圆 环冒出；环冒出； 反之，则圆环中心处有圆环反之，则圆环中心处有圆环 吞入吞入(4)(4)中心处中心处 -明纹明纹-暗纹暗纹3. 3. 透射光干涉透射光干涉光程差光程差透射光干涉明、暗纹条件：透射光干涉明、暗纹条件：反射光和透射光互补，反射光干涉反射光和透射光互补，反射光干涉 加强时，透射光干涉减弱。加强时，透射光干涉减弱。暗纹暗纹明纹明纹例例: : 在白光下，观察一层折射率为在白光下，观察一层折射率为 n =n = 1
12、. 30 1. 30 的厚度均匀薄油膜，油膜上的厚度均匀薄油膜，油膜上 下为空气，观察反射光的干涉。若观下为空气，观察反射光的干涉。若观 察方向与油膜表面法线成察方向与油膜表面法线成 30300 0 角时，可角时，可 看到油膜呈蓝色看到油膜呈蓝色 ( ( 波长为波长为 48004800 ) )，试试 求油膜的最小厚度。如果从法向观察求油膜的最小厚度。如果从法向观察 ，反射光呈什么颜色，反射光呈什么颜色? ? 解解: : 有附加光程差。根据明纹条件有附加光程差。根据明纹条件k = 1 时有观察方向为观察方向为3030o o时，光线入射角时，光线入射角 i = i = 3030o o从法向观察时，
13、从法向观察时，i i = 0= 0由由得得k k=1=1时，时，k k=2=2时，时，-绿色光绿色光-紫外光，不可见紫外光，不可见所以法向观察到绿光。所以法向观察到绿光。二、应用二、应用 1. 1.增透膜增透膜l l薄膜折射率居中薄膜折射率居中 ，反射光无半波，反射光无半波 损失损失垂直入射时，反射光干涉相消时有垂直入射时，反射光干涉相消时有glassMgF2l l膜的最小厚度为膜的最小厚度为或或-光学厚度光学厚度-此时透射光增强此时透射光增强l l即光学厚度为即光学厚度为某一波长某一波长的的1/41/4时，则膜时，则膜 为为该波长该波长的增透膜的增透膜2. 2.高反射膜高反射膜l l每层膜的
14、折射率都是每层膜的折射率都是 最大或最小，光在每层最大或最小，光在每层 膜的上下表面反射时都膜的上下表面反射时都 有半波损失有半波损失 第一层第一层最小光学厚度为最小光学厚度为第二层第二层最小光学厚度为最小光学厚度为l l即每层膜的光学厚度都为即每层膜的光学厚度都为 /4/4时，可得时，可得 到该波长的高反射膜到该波长的高反射膜复习1. 光程光程差相位差：相位差： ：真空中波长真空中波长2 2 等倾干涉等倾干涉 反射光干涉反射光干涉n n2 2 为最大或最小时，有附加光程差为最大或最小时，有附加光程差 /2/2n n2 2 大小居中时，没有附加光程差大小居中时，没有附加光程差介质劈12-5 1
15、2-5 薄膜干涉薄膜干涉-等厚条纹等厚条纹一一. . 劈尖干涉劈尖干涉l l设光垂直入射设光垂直入射-明明-暗暗棱边处棱边处( (e e=0=0) )，对应对应 k k =0=0的暗纹的暗纹对空气劈，对空气劈，空气劈空气劈相邻两明相邻两明( (或暗或暗) )纹对应劈尖的厚度差纹对应劈尖的厚度差对空气劈对空气劈每级条纹与一定的每级条纹与一定的 e e相对应相对应讨论：讨论：- -等厚干涉等厚干涉条纹为平行棱边的直条纹。棱边条纹为平行棱边的直条纹。棱边( (e e =0=0) )处处有半有半 波损失波损失时形成暗纹时形成暗纹条纹是等间距的条纹是等间距的-等间距等间距 变大时条纹变密，条纹向变大时条纹变密，条纹向尖尖端端棱棱 边平边平移。移。例例：空气劈尖顶角：空气劈尖顶角 变大时条纹如变大时条纹如 何变化？何变化？上表面向上平移
