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1、理化生光学第二次zhong 13.1 光是电磁波光是电磁波 13.2 光源光源 光波的叠加光波的叠加 13.3 获得相干光的方法获得相干光的方法 杨氏双缝实验杨氏双缝实验 第第第第1313章章章章 波波波波动动动动光光光光学学学学基基基基础础础础13.4 光程与光程差光程与光程差13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉13.6 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理13.7 单缝的夫琅禾费衍射单缝的夫琅禾费衍射13.8 衍射光栅及光栅光谱衍射光栅及光栅光谱13.9 线偏振光线偏振光 自然光自然光13.10 偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律13.11 反射和折射产生的偏振反射和折
2、射产生的偏振 布儒斯特定律布儒斯特定律13.12 双折射现象双折射现象光光的的干干涉涉理化生光学第二次zhong1. 电磁波的能量电磁波的能量能流密度（坡印廷）矢量能流密度（坡印廷）矢量: 波的强度：波的强度：2. 光波的相干条件：光波的相干条件：1）频率相同；频率相同；2）光矢量振动方向平行；光矢量振动方向平行；3）相位相同或相位差恒定相位相同或相位差恒定.复复 习习理化生光学第二次zhong3. 杨氏双缝实验杨氏双缝实验波程差：波程差：加强加强减弱减弱4. 半波损失半波损失光从光疏介质（光从光疏介质（n1）射向光密介质（射向光密介质（n2)时，反射光的时，反射光的相位较之入射光的相位跃变了
3、相位较之入射光的相位跃变了 ， 相当于反射光与入相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差射光之间附加了半个波长的波程差.( n1 n2 )理化生光学第二次zhong 13.4 光程与光程差光程与光程差*P* 相位差相位差 太复杂了吧太复杂了吧？！？！理化生光学第二次zhong 引入：引入：两列完全相同的波分别在真空和折射率为两列完全相同的波分别在真空和折射率为n的介的介质中传播，经过相同的时间，当在介质中通过的路程为质中传播，经过相同的时间，当在介质中通过的路程为r时，在真空中通过的路程是多少？相位改变各为多少，时，在真空中通过的路程是多少？相位改变各为多少，它们之间有什么关系？（已知真
4、空中波长为它们之间有什么关系？（已知真空中波长为 ）在真空中的路程为：在真空中的路程为：介质中的相位改变：介质中的相位改变：真空中的相位改变：真空中的相位改变： 13.4 光程与光程差光程与光程差 chsling理化生光学第二次zhong光程光程: 媒质折射率与光的几何路程之积媒质折射率与光的几何路程之积 = 光程光程是一个折合量，在是一个折合量，在传播时间相同或相位改变传播时间相同或相位改变相同相同的条件下，把光在介质中传播的路程折合为光的条件下，把光在介质中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程。在真空中传播的相应路程。13.4.1 光程光程 13.4 光程与光程差光程与光程差 chsl
5、ing 用用光程差光程差的计算代替相位差的计算的计算代替相位差的计算光程差：光程差：相位差相位差:（ 为真空中对应频率的波长）为真空中对应频率的波长）理化生光学第二次zhongxp 例例 S2和和S1的初相差为的初相差为 ,波长波长的两列波在真空中通过如图所示的路径到达点的两列波在真空中通过如图所示的路径到达点P,求到达求到达P点时的相位差点时的相位差 。 （n1.5，x0.100m ）解解 光程差为：光程差为：相位差为：相位差为： 13.4 光程与光程差光程与光程差 chsling理化生光学第二次zhong 例例 用折射率用折射率n1.58的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的很薄的云母片覆盖在双
6、缝实验中的一条缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来零级亮的一条缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来零级亮条纹的位置上，如果入射光波长为条纹的位置上，如果入射光波长为550nm，试问此云母试问此云母片的厚度是多少？片的厚度是多少？解：解：设云母片厚度为设云母片厚度为d.无云母片时，中央明纹光程差：无云母片时，中央明纹光程差：加上云母片后，原中央明纹处光程差：加上云母片后，原中央明纹处光程差：前后光程差的变化：前后光程差的变化：理化生光学第二次zhongABAB焦平面焦平面预备知识：透镜知识预备知识：透镜知识说明：说明：透镜不引起附加的光程差透镜不引起附加的光程差理化生光学第二次zhong13.5
7、 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉薄膜：薄膜：透明透明介质形成的介质形成的厚度很薄的厚度很薄的一层介质膜一层介质膜.光线光线1 1、2 2的的光程差：光程差：S12ABCD21 n2n1n1i 半波损失半波损失理化生光学第二次zhong13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong根据具体根据具体情况而定情况而定减减 弱弱加加 强强干涉加强、减弱的条件：干涉加强、减弱的条件：v说说 明：明：1. 当入射光当入射光i相同时，干涉图样中同一干涉条纹对应相同时，干涉图样中同一干涉条纹对应于薄膜上厚度相同点的连线，为于薄膜上厚度相同点的连线，为等厚干涉。等厚干涉。 13.5 薄膜
8、等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong当当 时时13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhongS1ABC n2n1n1i 透透射光的光程差射光的光程差透射光的干涉：透射光的干涉：D13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong 例例 一油轮漏出的油一油轮漏出的油(折射率折射率 =1.20)污染了某污染了某海域海域, 在海水在海水( =1.30)表面形成一层薄薄的油污表面形成一层薄薄的油污. (1) 如果太阳正位于海域上空如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾一直升飞机的驾驶员从机上向下观察驶员从机上向下观察,他
9、所正对的油层厚度为他所正对的油层厚度为460nm,则他将观察到油层呈什么颜色则他将观察到油层呈什么颜色?绿色绿色解解 (1)13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong红光红光紫光紫光紫紫红红色色(2) 如果一潜水员潜入该区域水下如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层呈又将看到油层呈什么颜色什么颜色?透射光的光程差：透射光的光程差：13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhonga. 劈劈 尖尖明纹明纹暗纹暗纹13.5.2 典型的等厚干涉典型的等厚干涉SM劈尖角劈尖角a13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二
10、次zhong（明纹）（明纹）（暗纹）（暗纹）劈尖干涉劈尖干涉特征特征 2）劈尖）劈尖为暗纹为暗纹. 1）厚度）厚度 d 相同地方相同地方光程差相同，对应同一光程差相同，对应同一条纹；条纹；13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong4）条纹间距（明纹或暗纹）条纹间距（明纹或暗纹）3）相邻明纹（暗纹）间的厚度差）相邻明纹（暗纹）间的厚度差劈尖干涉劈尖干涉 干涉条纹为干涉条纹为平行于棱边的平行于棱边的明暗相间的等间距直明暗相间的等间距直条纹。条纹。13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong 思考 若空气劈的上表面向上若空气劈的上表面
11、向上平移，向右移动，平移，向右移动， 增大，增大，干涉条纹如何变化（平移干涉条纹如何变化（平移或疏密变化）？或疏密变化）？答：答：向上：条纹间距向上：条纹间距a不变，条纹向左平移；不变，条纹向左平移； 向右：向右：a不变，条纹向右平移；不变，条纹向右平移； 增大：条纹变密，且等厚度的位置向左移动增大：条纹变密，且等厚度的位置向左移动, 所所以干涉条纹向左方密集。以干涉条纹向左方密集。5）13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong干涉条纹的移动干涉条纹的移动13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong2）测膜厚）测膜厚1）干涉膨胀
12、仪）干涉膨胀仪 劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong空气空气 3）检验光学元件表面的平整度）检验光学元件表面的平整度4）测细丝的直径）测细丝的直径13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong 例例 有一玻璃劈尖，放在空气中，劈尖夹角有一玻璃劈尖，放在空气中，劈尖夹角 用波长用波长 的单色光垂直入射时，测得干涉条的单色光垂直入射时，测得干涉条纹的宽度纹的宽度a2.4mm，求这玻璃的折射率。求这玻璃的折射率。解：解：由于由于13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chslin
13、g理化生光学第二次zhongn2b. b. 牛顿环牛顿环牛顿环牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成由一块平板玻璃和一平凸透镜组成光程差光程差13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong 牛顿环实验装置牛顿环实验装置牛顿环实验装置牛顿环实验装置牛顿环干涉图样牛顿环干涉图样显微镜显微镜SL M半透半透半反镜半反镜T13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhongRn2dr暗纹暗纹光程差光程差明纹明纹光程差光程差明、暗环半径：明、暗环半径：暗环半径暗环半径明环半径明环半径理化生光学第二次zhong 1）从反射光观察，中心点是暗点还是亮点，从
14、透）从反射光观察，中心点是暗点还是亮点，从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？射光中观测，中心点是暗点还是亮点？ ？2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？3）将牛顿环置于）将牛顿环置于 的液体中，条纹如何变？的液体中，条纹如何变？暗环半径暗环半径明环半径明环半径思思考考4）牛顿环干涉装置的平凸透向上平移时，从入射光牛顿环干涉装置的平凸透向上平移时，从入射光方向观察到干涉环纹如何变化？方向观察到干涉环纹如何变化？13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong答：答： 1）反射光中牛顿环中心为暗斑）反射光中牛顿环中心为暗斑(实验
15、中有时得到明斑，实验中有时得到明斑，为什么为什么）；透射光中心为明斑；透射光中心为明斑； 2） ，r越大，牛顿环越来越密；越大，牛顿环越来越密； 3）置于液体中时，条纹会变密，同一厚度的条纹）置于液体中时，条纹会变密，同一厚度的条纹向中心移动。向中心移动。 4）环纹向中心收缩，环纹向中心收缩， 且条纹宽窄不变。且条纹宽窄不变。13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong 测量透镜的曲率半径测量透镜的曲率半径13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong 例例 用波长为用波长为589.3nm的单色光做牛顿环实验，测的单色光做牛顿环实验
16、，测得第个得第个 k 暗环的直径为暗环的直径为6.220mm , 第第 k+5 暗环的直径为暗环的直径为8.188mm，求平凸透镜的曲率半径求平凸透镜的曲率半径R.解：解：13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong总结总结总结总结1）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹度相等的点的轨迹13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong2）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距条纹不等间距;3）条纹的动态变化分析（）条纹的动态变化分
17、析（ 变化时）变化时） 13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong4 ）半波损失需具体问题具体分析）半波损失需具体问题具体分析13.5 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉 chsling理化生光学第二次zhong 光光 程程: 媒质折射率与光的几何路程之积媒质折射率与光的几何路程之积 =光程差：光程差：相位差相位差:（ 为真空中对应频率的波长）为真空中对应频率的波长）小结小结一、一、 光程与光程差光程与光程差理化生光学第二次zhong根据具体根据具体情况而定情况而定二、薄膜等厚干涉二、薄膜等厚干涉1. 劈尖劈尖根据具体根据具体情况而定情况而定明纹明纹暗纹暗纹明、暗条纹条件明、暗条纹条件理化生光学第二次zhong根据具体根据具体情况而定情况而定2. 2. 牛顿环牛顿环牛顿环牛顿环光程差光程差明纹明纹暗纹暗纹明、暗条纹条件明、暗条纹条件理化生光学第二次zhong 作业作业：13.613.10拓展拓展思考思考1.全息照相的原理及应用；全息照相的原理及应用；2.了解汽车防爆膜。了解汽车防爆膜。理化生光学第二次zhong
