大学物理第12单元1

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1、光学第十二章一、掌握几何光学的基本定律,理解近轴光线成像的规律和分析方法。二、掌握对杨氏双缝干涉和薄膜等厚干涉光程差的分析方法,确定干涉条纹位置的规律。理解半波损失概念。了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。§12-0教学基本要求三、理解惠更斯-菲涅耳原理,掌握用半波带法分析单缝夫琅禾费衍射的条纹位置。四、掌握光栅方程,理解缝宽对光栅衍射光强的影响。五、理解衍射对光学仪器分辨本领的影响。了解晶体的X射线衍射。六、掌握马吕斯定律和布儒斯特定律。了解双折射现象选择进入下一节§12-0教学基本要求*§12-1几何光学简介§

2、12-2光源单色光相干光§12-3双缝干涉§12-4光程与光程差§12-5薄膜干涉*§12-6迈克耳孙干涉仪§12-7光的衍射现象惠更斯-菲涅耳原理§12-8单缝的夫琅禾费衍射§12-9圆孔的夫琅禾费衍射光学仪器的分辨本领§12-10光栅衍射*§12-11X射线的衍射§12-12光的偏振状态§12-13起偏和检偏马吕斯定律§12-14反射和折射时光的偏振*§12-15光的双折射*§12-16偏振光的干涉人为双折射*§12-17旋光性*§12-18现代光学简介4000Å紫7600Å红光是电磁波的一种。可见光是能

3、引起人的视觉的那部分电磁波。发射光波的物体称为光源。一、光源§12-2光源单色光相干光光源的产生及特点(1)热辐射(2)电致发光(3)光致发光(4)化学发光能级跃迁波列波列长L=c自发辐射(5)同步辐射光源(6)激光光源受激辐射自发辐射E2E1光源的最基本发光单元是分子、原子。是波列持续时间。单色光:具有单一频率的光波称为单色光。是最简单、最基本的光波。其波动方程的形式与机械波中平面简谐波的表述相同,单色光的波动方程为:复色光:不同频率单色光的混合光称为复色光。单色光在传播过程中频率和振幅保持不变强度波长

4、线宽越窄单色性越好二、单色光复色光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E0E1E2三、相干光非相干光源I=I1+I2—非相干叠加完全相干光源干涉图平均光强为(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)干涉图频率相同振动方向相同相位差恒定干涉判据:波的相干条件:总结:干涉加强干涉减弱光波的干涉也需要具备上述条件,形成光的干涉的两列波称为相干光,光源称为相干光源。实现光干涉的基本方法是:利用适当的光学系统把单色光分成两个波

5、列,使他们通过不同的光程再相遇时,由于这两个波列来自同一个单色光的波列,两者满足相干条件。3.干涉现象的光强分布PS*分波面法分振幅法·P薄膜S*四、相干光的获得方法§12-3双缝干涉一、杨氏双缝实验杨(T.Young)在1801年首先用实验方法研究光的干涉P·r1r2xx0xIxxDdO相干光的获得:分波阵面法d>>λ,D>>d光路原理图:钠黄光的杨氏双缝干涉条纹xPr1r2xDdO·1.波程差的计算设实验在真空(或空气)中进行,则波程差为:二、干涉明暗条纹的位置d>>,D>>d(d10-4

6、m,Dm)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(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;杨氏双缝实验第一次测定了波长这个重要的物理量。双缝干涉条纹若D、d已定,只有,条纹间距变宽。若已定,只有D↑、d↓(仍然满足d>>),条纹间距变宽。两相邻明纹(或暗纹)间距(1)如何使屏上的干涉条纹间距变宽?在双缝干涉实验中:思考题n水>n空气实验装置放入水中后条纹间距变小。(2)将双缝干涉装置由空气中放入水中时,屏上

7、的两相邻明纹(或暗纹)间距干涉条纹有何变化?(1)明纹间距分别为(2)双缝间距d为双缝干涉实验中,用钠光灯作单色光源,其波长为589.3nm,屏与双缝的距离D=600mm解例求(1)d=1.0mm和d=10mm,两种情况相邻明条纹间距分别为多大?(2)若相邻条纹的最小分辨距离为0.065mm,能分清干涉条纹的双缝间距d最大是多少?例题12-6用白光作双缝干涉实验时,能观察到几级清晰可辨的彩色光谱?解:用白光照射时,除中央明纹为白光外,两侧形成内紫外红的对称彩色光谱.当k级红色明纹位置xk红大于k+1级紫色明纹

8、位置x(k+1)紫时,光谱就发生重叠。据前述内容有将红=760nm,紫=400nm代入得k=1.1这一结果表明:在中央白色明纹两侧,只有第一级彩色光谱是清晰可辨的。由xk红=x(k+1)紫的临界情况可得因为k只能取整数,所以应取k=2三、洛埃德镜实验若n1

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