第13章波动光学.doc

第13章波动光学
学习指导
一、基本要求
;掌握光程的概念及光程差和相位差的关系,掌握判断在给定情况下有无半波损失。
2. 掌握杨氏双缝干涉和薄膜等厚干涉的规律,能分析、确定其干涉条纹的位置;理解增透膜、增反膜的工作原理和应用。
。
—菲涅耳原理,掌握夫琅禾费单缝衍射规律及其计算。
,会计算光栅衍射谱线的位置,会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。
,理解反射光和折射光的偏振特性;掌握马吕斯定律和布儒斯特定律及其应用;了解光的双折射现象。
二、知识框架
相干条件:
振动方向相同
振动频率相同
相位差恒定
光的干涉
相位差与光程差关系:
相干相长:
相干相消:
相干光获得方法
时间相干性
空间相干性
分波面法
分振幅法
洛埃镜
菲涅耳双镜
菲涅耳双棱镜
杨氏双缝干涉
薄膜等倾干涉,厚度相同,不同
薄膜等厚干涉,相同,不同
垂直入射
增透膜:
增反膜:
迈克尔逊干涉仪
劈尖干涉:
牛顿环:明环:
暗环:
明纹:
暗纹:
相邻明、暗纹间距:
光的衍射
夫琅和费衍射
菲涅耳衍射
惠更斯—菲涅耳原理
单缝衍射(半波带法):
中央明纹:
明纹条件:
暗纹条件:中央明纹宽度:
为其他明纹宽度的两倍。
圆孔衍射:
爱里斑:
光学仪器最小分辨角:
分辨本领:
光栅衍射:
光栅方程:
缺级现象:
光谱分析
X射线衍射:
布拉格公式:
三、重点和难点

(1)掌握光程差、相位差及其关系,理解干涉原理;掌握杨氏双缝干涉和等厚干涉的规律,并能熟练地进行有关计算。
(2)理解分析单缝夫琅禾费衍射明、暗纹分布规律的方法——半波带法,理解光栅衍射原理;能熟练地应用单缝衍射明、暗纹的条件、光栅方程及其有关知识,计算中央明纹的半角宽度、线宽度、条纹位置、光栅常数、缺级级数等衍射现象中的有关问题。
(3)理解偏振光的概念,了解产生偏振光的几种主要方法,掌握马吕斯定律和布儒斯特定律及其应用。

(1)掌握典型问题中光程差的计算及求解干涉问题的一般分析方法和步骤。
(2)理解单缝衍射对多光束干涉的光强分布具有调制作用,由此理解光栅光强分布曲线的特点。正确认识干涉与衍射的关系及光栅的实际应用。
四、基本概念及规律
1. 获得相干光的方法把光源上同一点发出的光分成两部分,具体方法有分波阵面法和分振幅法。

(1)光程是把光在介质中传播的路程折合为光在真空中的相应路程,在数值上等于介质折射率乘以光在介质中传播的路程,即光程= 。
(2)相位差与光程差的关系
(3)半波损失光从光疏介质向光密介质入射时,反射光的相位有的突变,相当于光程增加或减少,故称作半波损失。

(1)条纹特征干涉条纹是等宽等间距明暗相间的平行直条纹。
(2)光程差(空气中)
干涉加强
干涉减弱
(3)明暗条纹位置
明纹中心位置为
暗纹中心位置为
相邻两明纹(或两暗纹)的间距

两束反射光的光程差
明纹中心
暗纹中心
附加光程差
(1)等倾干涉
当薄膜厚度均匀时,入射角相同的地方,对应同一级次的干涉条纹,这种干涉称为等倾干涉。
条纹特征等倾干涉条纹是明暗相间的同心环状圆条纹,且内疏外密,越靠近中心,条纹干涉级越高。
(2)等厚条纹
明纹中心
暗纹中心
当薄膜处于同一介质中,且光线垂直入射到薄膜时,,此时
显然薄膜厚度相同的地方光程差相同,故对应于同一条纹,所以这种干涉称为等厚干涉。劈尖干涉和牛顿环都是等厚干涉。
1) 劈尖干涉
条纹特征劈尖干涉条纹是明暗相间等间距的平行直条纹。棱边()处为零级暗条纹,随薄膜厚度的增加,条纹干涉级增高。
相邻两明(暗)条纹对应的厚度差
相邻两明(暗)条纹间距(为劈尖的劈角)。
2)牛顿环
条纹特征牛顿环是明暗相间的同心圆环,且内疏外密,越靠近中心,条纹干涉级越低。
明环半径
暗环半径

迈克尔逊干涉仪是利用分振幅法制成的一种仪器,用它可以作许多精密测量工作,如测
量光波波长、测量微小位移和测材料的折射率等。
—菲涅耳原理
波在传播过程中,从同一波阵面上各点发出的子波,经传播而在空间某点相遇时,产生
相干叠加。

(1)衍射暗、明纹条件(光波垂直入射单缝)及条纹位置
暗纹中心
明纹中心

条纹位置
暗纹位置
明纹位置
条纹间距
中央明纹的角宽度及线宽度