医学物理学-波动光学课件.ppt

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1、本章题目（华文行楷）波动光学第十二章教学基本要求掌握杨氏双缝干涉、夫琅禾费单缝衍射、光栅衍射的基本原理和公式。理解光程、光程差、半波损失等概念及薄膜干涉、劈尖干涉、牛顿环的有关原理和公式。掌握偏振的有关概念及马吕斯定律，理解布儒斯特定律和光的双折射现象。理解物质的旋光性。了解圆孔衍射、光弹效应、克尔效应及液晶的光学特性。光是一种电磁波，可见光的波长范围为400nm~760nm。光的传播遵循波动的一般规律（如干涉、衍射、偏振等）。第一节光的干涉一、光的相干性1.普通光源的发光大量原子或分子能级跃迁时辐射的电磁波发光持续的时间短10-9～10-8s电磁波波列的长度有限随机性光波波列的初相位没有固

2、定关系振动方向和频率也不一定相同满足一定条件的两束光叠加时，在叠加区域内，光的强度或明或暗呈现稳定的分布，这种现象称为光的干涉。普通光源的发光2.相干光频率相同、振动方向相同、初相位相同或相差恒定的光。能发出相干光的光源称相干光源。获得明显干涉的两个补充条件：两光波在相遇区域内振幅相差不能过大。两束光波在相遇点的光程差不能太大。3.相干光的获得分波阵面法——由同一波阵面上分割出两列子波；（如杨氏双缝实验）分振幅法——由同一波列分出两列振幅不同的子波。（如薄膜干涉）二、光程光程差1.光程光在真空中（n=1）走r路程相位的改变为：光在折射率为n的介质中走r路程相位的改变为：从相位改变的角度来看，

3、光在折射率为n的介质中通过了几何路程r，相当于它在真空中通过了nr的几何路程。光程：折射率n和光所通过的几何路程r的乘积2.光程差两束光的光程之差称为光程差，常用表示。决定光波相位和相位变化的不只是几何路程，而是光程和光程差。相位差与光程差的关系为：薄透镜的等光程性例:从光源S1和S2发出的同相位的两束相干光波，在与S1、S2等距离的P点相遇，其中一束光波经过空气，而另一束光波还经过厚度为l、折射率为n的介质。虽然两束光波的几何路程都是r，但光程不同两束相干光波的光程差为：由此光程差引起的相位差为：光程和光程差三、杨氏双缝实验缝光源S产生柱面波，双缝S1和S2与S等距，位于同一波阵面上，相位

4、相同，成为相干光源，发出的子波在相遇区发生干涉。狭缝缝光源1.干涉加强、削弱的条件因D>>d，S1、S2发出的光波到P点的光程差：δ=2.条纹中心位置3.条纹宽度相邻明纹或相邻暗纹中心间的距离单色光的干涉白光的干涉条纹等宽等间距［例12-1］如图所示，在杨氏双缝实验中,已知双缝间的距离为0.60mm，缝与屏相距1.50m。若测得相邻明条纹间的距离为1.50mm。（1）求入射光的波长；（2）若以折射率n=1.30，厚度l=0.01mm的透明薄膜遮住其中一缝，原来的中央明纹处将变为第几级明条纹？（1）（2）未遮薄膜时，中央明纹处的光程差为遮上薄膜后，光程差为若此处为第k级明纹，则四、劳埃德镜实验

5、S1和S2相当于两个相干光源，屏上相遇区域观察到明暗相间的干涉条纹。实验结果还表明：光从空气射向玻璃发生反射时，反射光有大小为的相位突变。相当于光波多走（或少走）了半个波长的距离，这个现象称为半波损失。式中，是光束b在上表面反射时发生半波损失而产生的附加光程差。五、薄膜干涉光束b和c的光程差为再根据折射定律光程差：平行平面薄膜反射光干涉的明、暗纹条件为透射光产生的干涉现象光程差：相同倾角i的入射光有相同的光程差，将形成同一级干涉条纹——等倾干涉干涉加强，形成明纹干涉削弱，形成暗纹［例题12-2］　照相机的透镜常镀上透明薄膜，目的是利用干涉原理来减少表面的反射，使更多的光进入透镜。常用的镀膜物

6、质是氟化镁（MgF2），它的折射率n=1.38。如果要使可见光谱中=550nm的光有最小反射，问膜的厚度应是多少？若光波垂直入射，入射角i＝0。由于两次反射都有半波损失，因此两反射光波互相削弱的条件是:k=1，2，3，……取k=1，膜的最小厚度为六、等厚干涉1.劈尖干涉单色光垂直入射到劈面上，从劈尖上下表面反射的光，在劈尖的上表面附近相遇而发生干涉。两束相干的反射光相遇时光程差为劈尖各处的厚度e不同，所以光程差也不同，出现明暗条纹的条件分别为：k=1，2，3，……干涉加强，形成明条纹k=1，2，3，……干涉削弱，形成暗条纹相同厚度e处光程差相同，将形成同一干涉条纹—等厚干涉。相邻明纹或相邻暗

7、纹对应的厚度差：相邻明纹或相邻暗纹在劈表面上的距离：2.牛顿环在劈形空气层的上、下表面发生反射形成的两束相干光的光程差为:形成明环的条件为:k=1，2，3，……形成暗环的条件为:k=0，1，2，……在中心处:因有半波损失，两相干光光程差为，所以形成一暗斑。明、暗环半径：因为R>>r，此式中e2可以略去，于是明环半径为:暗环半径为:k=1，2，3,……k=0，1，2,……环半径r与环的级数的平方根成正比，所以从