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1、上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出光束从折射率大的介质射到折射率小的介质时折射角大于入射角临界角 ：时的入射角可得12-1 12-1 几何光学简介几何光学简介上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出光是电磁波可见光是能引起人的视觉的那部分电磁波发射光波的物体称为光源光源光源 12-112-1 光源光源 单色光单色光 相干光相干光光源的最基本发光单元是分子、原子复色光：不同频率单色光的混合光称为复色光单色光：具有单一频率的光波称为单色光单色光单色光上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出频率相同振动方向相同相位差恒定干涉判据：相干条件：上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退
2、出1.两列光波的叠加p 12r1r2P:其 中：光波中的电振动矢量 称为光矢量E0E1E2相干光相干光上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出干涉图干涉图平均光强为：上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出(k = 0,1,2,3)相消干涉（暗）(k = 0,1,2,3) 2. 相干条件相长干涉（明）干涉图上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出pS *分波面法分振幅法p薄膜S *相干光的获得方法相干光的获得方法上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出12-3 12-3 双缝干涉双缝干涉pr1r2xx0xIxxDdo相干光的获得：分波阵面法d ，D d光路原理图上页 下页 返回
3、 退出上页 下页 返回 退出xp r1r2xDdo1. 波程差的计算设实验在真空（或空气）中进行，则波程差为：干涉明暗条纹的位置干涉明暗条纹的位置上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出明纹中心暗纹中心 两相邻明纹（或暗纹）间距干涉相长，明纹干涉相消，暗纹2. 干涉明暗条纹的位置上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出(1) 一系列平行的明暗相间的条纹； (3)3. 条纹特点：(2) 不太大时条纹等间距；双缝干涉条纹双缝干涉条纹上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出在双缝干涉实验中：（1）如何使屏上的干涉条纹间距变宽？（2）将双缝干涉装置由空气中放入水中时， 屏上的干涉条纹有何变
4、化？（3）若S1、S2两条缝的宽度不等，条纹有何变化？思考题上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出若 n1 n3 或 n1 n2 n3反射光有 相位突变，称半波损失，它相当于 一个附加光程差：反射光的相位突变和附加光程差反射光的相位突变和附加光程差上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成的干 涉现象，称为薄膜干涉。薄膜干涉可分成等倾干涉和等厚干涉两类。12-5 12-5 薄膜干涉薄膜干涉利用薄膜干涉使反射光减小，这样的薄膜称为增透膜。增透膜和高反射膜增透膜和高反射膜上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出多层高反射膜H LZnS MgF2 H
5、LZnS MgF2在玻璃上交替镀上光学厚度均为/4的高折射率ZnS膜和低折射率的MgF2膜，形成多层高反射膜。膜厚条件上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出例题12-10 在玻璃表面镀上一层MgF2薄膜，使波长为 =5500 的绿光全部通过。求：膜的厚度。解一：使反射绿光干涉相消由反射光干涉相消条件取k = 0MgF2玻璃n2= 1.38n1 =1.50n0 = 1 = 2 n2 e =(2k+1) /2= 996()n0 = 1 12n1n2上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出=996解二: 使透射绿光干涉相长由透射光干涉加强条件：12n2n1n0 = 1取k = 0问题：此时
6、反射光呈什么颜色？ 2n2e=k1=2n2e=8250取k=1 2=2n2e/2=4125取k=2反射光呈现紫蓝色。得 由上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出n1n2n3ibaabABC当一束平行光入射到厚度不均匀的透明介质薄膜 上，如图所示，两光线 a 和b 的光程差：当 i 保持不变时，光程差仅与膜的厚度有关，凡厚度相同的 地方光程差相同，从而对应同一 条干涉条纹-等厚干涉条纹。三、等厚干涉条纹三、等厚干涉条纹上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出为此，明纹和暗纹出现的条件为：明纹暗纹实际应用中，通常使光线 垂直入射膜面， 即 ，光程差公式简化为：为因为半波损失而生产的附加光
7、程差。上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出劈尖：薄膜的两个表面是平面,其间有很小夹角。1.劈尖膜上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出(1) 劈尖干涉光程差的计算=2nenA反射光2反射光1入射光(单色平行 光垂直入射)e空气介质+/2当光从光疏介质 入射到光密介质 的表面反射时B上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出( 2) 劈尖明暗条纹的判据当光程差等于波长的整数倍时，出现干涉加强的现象，形成明条纹；当光程差等于波长的奇数倍时，出现干涉减弱的现象，形成暗条纹。明纹暗纹上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出(3) 劈尖干涉条纹的特征明、暗条纹处的膜厚：明纹暗纹棱边呈
8、现暗纹第一级暗纹第一级明纹上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出相邻明纹（或暗纹）所对应的薄膜厚度之差 相邻明纹（或暗纹） 所对应的薄膜厚度之差 相同。e kek+1e明纹暗纹(3) 劈尖干涉条纹的特征上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出两相邻明纹（或暗纹）的间距结论：a.条纹等间距分布b.夹角越小，条纹越疏；反之则密。如过大， 条纹将密集到难以分辨，就观察不到干涉条纹了。Le明纹暗纹L e(3) 劈尖干涉条纹的特征上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出劈尖干涉条纹是一系列明暗相间的、等间 距分布的、平行于棱边的平直条纹。劈尖干涉条纹(3) 劈尖干涉条纹的特征上页 下页 返
9、回 退出上页 下页 返回 退出依据： 测表面不平度 测波长：已知、n，测L可得 测折射率：已知、，测L可得n 测细小直径、厚度、微小变化h待测块规标准块规平晶 等厚条纹待测工件平晶应用：上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出.S分束镜M显微镜o牛顿环 装置简图平凸透镜平晶牛顿环：一束单色平行光垂直照射到 此装置上时，所呈现 的等厚条纹是一组以 接触点O为中心的同 心圆环。(1) 牛顿环实验装置及光路2.牛顿环上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出(2) 反射光光程差的计算eA12上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出(3) 牛顿环干涉条纹的特征 明暗条纹的判据rRe 0由几何
10、关系可知明纹暗纹上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出k=0，r =0 中心是暗斑牛顿环干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环。明环暗环(3) 牛顿环干涉条纹的特征上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出 相邻暗环的间距内疏外密(3) 牛顿环干涉条纹的特征上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出牛顿环干涉是一系列明暗相间的、内疏外密的 同心圆环。(3) 牛顿环干涉条纹的特征上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出依据：公式 测透镜球面的半径R ：已知, 测 m、rk+m、rk，可得R 。 测波长：已知R，测出m 、 rk+m、rk， 可得。 检验透镜球表面质量标准验规 待测透镜暗
11、纹应用：上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出例题12-13 利用空气劈尖的等厚干涉条纹可以检测工 件表面存在的极小的加工纹路， 在经过精密加工 的工件表面上放一光学平面玻璃，使其间形成空气 劈形膜，用单色光照射玻璃表面，并在显微镜下观 察到干涉条纹，a bhbahek-1ek如图所示，试根据干涉条纹 的弯曲方向，判断工件表面 是凹的还是凸的；并证明凹 凸深度可用下式求得 ：上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出光在传播过程中,绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象,称为光的衍射现象。光的衍射现象光的衍射现象12-7 12-7 光的衍射现象惠更斯光的衍射现象惠更斯- -菲涅耳原理菲涅
12、耳原理波传到的任何一点都是子波的波源，各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度 。惠更斯惠更斯 菲涅耳原理菲涅耳原理上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出菲涅耳衍射菲涅耳衍射是指当光源和观察屏，或两者之一离障碍物（衍射屏）的距离为有限远时，所发生的衍射现象。 光源 观察屏衍射屏菲涅耳衍射菲涅耳衍射和夫琅和费衍射菲涅耳衍射和夫琅和费衍射上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射指光源和观察屏离障碍物的距离均为无限远时，所发生的衍射现象。 *Sp1衍射屏观察屏光源夫琅禾费衍射上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出：缝宽S: 单色线光源*Sff a透镜L
13、透镜L pAB缝平面观察屏0 : 衍射角光路图：12-8 12-8 单缝的夫琅禾费衍射单缝的夫琅禾费衍射上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出 中央明纹(中心)单缝的两条边缘光束 AP 和BP 的光程差，可由图示的几何关系得到：*Sff apAB0 光程差的计算上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出a12BA半波带 半波带12两相邻半波带上对应点发的光在P 处干涉相消形成暗纹。/2半波带半波带12 12 当 时，可将缝分为两个“半波带”1. 菲涅耳半波带法在波阵面上截取一个条状带，使它上下两边缘发 的光在屏上p处的光程差为 ，此带称为半波带。/2衍射图样的讨论上页 下页 返回 退出
14、上页 下页 返回 退出(P 处近似为明纹中心)a/2BAaBA/2(P处干涉相消形成暗纹)*SffapAB0 当时,可将缝分成三个“半波带”当时,可将缝分成三个“半波带”上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出暗纹明纹(中心)中央明纹(中心)2.明暗纹条件由半波带法可得明暗纹条件为：上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出衍射图样衍射图样中各级条纹的相对光强如图所示. /a-( /a)2( /a)-2( /a)0.0470.0171I / I00相对光强曲线0.0470.017sin中央极大值对应的明条纹称 中央明纹。 中央极大值两侧的其他明条纹称 次极大。 中央极大值两侧的各极小值称
15、暗纹。上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出明纹宽度xI0x1x2衍射屏透镜观测屏x0f1A. 中央明纹当 时，1 级暗纹对应的衍射角由 得：上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出角宽度为线宽度为xI0x1x2衍射屏透镜观测屏x0f1B. 次极大前提仍然是很小明纹宽度上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出光栅方程光栅方程光栅方程正、负号表明条纹对成分布在中央明纹两侧1212 1010光栅衍射光栅衍射上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出I单sin0I0单-2-112( /a)IN2I0单sin048-4-8( /d )单缝衍射轮廓线光栅衍射 光强曲线N = 4 d = 4a缺级缺级上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出衍射暗纹位置：干涉明纹缺级级次干涉明纹位置：上页 下页 返回 退出上页 下页 返回 退出例题12-14 用每毫米刻有500条栅纹的光栅，观察钠光 谱线（ nm），问（1）平行光线垂直入射时； （2）平行光线以入射角30入射时，最多能看见第 几级条纹？总共有多少条条纹？ （3）由于钠光谱线实际上是 及
