大学物理 波动光学

nullnull( ppt 关于艾滋病ppt课件精益管理ppt下载地图下载ppt可编辑假如ppt教学课件下载triz基础知识ppt )nullnull波动光学 目录 第一章 光的干涉 第二章 光的衍射 第三章 光的偏振null第一章 光的干涉（Interference of light）§1 光源的发光特性一. 光源光源的最基本发光单元是分子、原子 = (E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列长L =  c1. 普通光源：自发辐射独立(不同 原子发的光) ·· 独立(同一原子先后发的光) null2. 激光光源：受激辐射 = (E2-E1)/h 完全一样(频率,位相,振动方向,传播方向)二. 光的相干性 1. 两列光波的叠加(只讨论电振动)P:null 非相干光源 I = I 1 + I 2 —非相干叠加 完全相干光源 ▲相长干涉（明） (k = 0,1,2,3…) ▲相消干涉（暗） (k = 0,1,2,3…) 2. 条纹衬比度（对比度，反衬度）null3.普通光源获得相干光的途径pS *分波面法分振幅法·p薄膜S *衬比度差 (V < 1)衬比度好 (V = 1)振幅比决定衬比度的因素：光源的宽度光源的单色性null§2 双缝干涉 一. 双缝干涉p·r1r2单色光入射d >>λ，D >> d (d 10 -4m, D  m)波程差：相位差：明纹 暗纹 null条纹间距(1) 一系列平行的明暗相间的条纹； (3) 中间级次低；明纹: k ，k =1,2,3…(整数级)暗纹: (2k+1)/2 (半整数级) 条纹特点：(2)  不太大时条纹等间距；某条纹级次 = 该条纹相应的 (r2-r1)/null二 . 光强 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 若 I1 = I2 = I0 ,则光强曲线§3 其他分波面干涉实验(自学)null§4 空间相干性一. 空间相干性的概念光源宽度对干涉条纹衬比度的影响设光源宽度为bBDI非相干叠加+1L0N0M0Lnull二. 极限宽度当光源宽度b增大到某个宽度b0时，干涉条设B>>d和b(一级明纹)纹刚好消失，b0称为光源的极限宽度。null( B >>b0 ,d )—光源的极限宽度null三. 相干间隔和相干孔径角1. 相干间隔若 b 和 B一定，则要得到干涉条纹，必须d0越大，光场的空间相干性越好。2. 相干孔径角━相干孔径角null 0 越大空间相干性越好。激光光源可以不受以上限制在θ0 范围内的光场中，正对光源的平面上的任意两点的光振动是相干的。四. 应用举例1.测遥远星体的角直径：null考虑到衍射的影响，有2.屏上条纹消失时，反射镜M1M4间的距离就是d0， 测猎户座星 nm测得得λλ使d =d0则条纹消失null一. 光的非单色性1.理想的单色光2.准单色光、谱线宽度 准单色光：在某个中心波长（频率）附近有一定波长（频率）范围的光。 谱线宽度：(1) 自然宽度·Ei+1 Ei+1EiEi§5 时间相干性 造成谱线宽度的原因null(2) 多普勒增宽(3) 碰撞增宽二. 非单色性对干涉条纹的影响干涉的最大级次null三. 相干长度与相干时间1.相干长度 两列波能发生干涉的最大波程差只有同一波列分成的两部分经不同的光程再相遇时才能发生干涉。波列长度就是相干长度null光通过相干长度所需时间2.相干时间null§6 光程一. 光程、光程差 真空中 媒质中 n─媒质中波长光程 : L = nd ─真空中波长null光程差 ：  = L2 - L1[例]P: 二.使用透镜不会产生附加光程差物点到象点各光线之间的光程差为零相位差和光程差的关系：光程 L =  ( ni di )null§7 薄膜干涉 (一)—— 等厚条纹一. 劈尖（劈形膜）夹角很小的两个平面所构成的薄膜1、2两束反射光来自同一 束入射光，它们可以产生干涉 。nullennn·A反射光2反射光1入射光(单色平行光垂直入射) (设n > n ) A: 1、2的光程差明纹：暗纹：同一厚度e对应同一级条纹——等厚条纹光程差可简化为图示情况计算。实际应用中,大都是平行光垂直入射到劈尖上。考虑到劈尖夹角极小, 反射光1、 2在膜面的null条纹间距又 二. 牛顿环 光程差：(1) (k = 0, 1, 2, …)(2)第k个暗环半径暗环：null三. 等厚条纹的应用1. 劈尖的应用 测波长：已知θ、n，测L可得λ 测折射率：已知θ、λ，测L可得n 测细小直径、厚度、微小变化 测 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面不平度null2. 牛顿环的应用 测透镜球面的半径R： 已知, 测 m、rk+m、rk，可得R 。 测波长λ： 已知R，测出m 、 rk+m、rk， 可得λ。 检验透镜球表面质量null§8 薄膜干涉（二）—— 等倾条纹一. 点光源照明时的干涉条纹分析L fPo r环Bi rA CD··21Sii i 光束1、2的光程差：得· ··null或明纹暗纹倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹 —等倾条纹。 形状:条纹特点:一系列同心圆环r环= f tg i 条纹间隔分布:内疏外密 条纹级次分布: 波长对条纹的影响: 膜厚变化时,条纹的移动：null二. 面光源照明时，干涉条纹的分析只要入射角i相同，都将汇聚在同一个干涉环上（非相干叠加）三. 应用：增透(射)膜和增反射膜 （自学 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf P130例2）null§9 迈克耳逊干涉仪一. 仪器结构、光路二 . 工作原理光束2′和1′发生干涉 若M1、M2平行  等倾条纹 若M1、M2有小夹角  等厚条纹若M1平移d时，干涉条移过N条，则有：三. 应用：微小位移测量测折射率M12211半透半反膜null第二章 光的衍射（Diffraction of light）§1 衍射现象、惠更斯——菲涅耳原理一. 光的衍射1.现象:  10 - 3 a2.定义: 光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而偏离直线传播的现象null二. 惠更斯——菲涅耳原理波传到的任何一点都是子波的波源，远场衍射(2) 夫琅禾费衍射近场衍射(1) 菲涅耳衍射 3. 分类:各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。nullP处波的强度K( ):方向因子null§2 单缝的夫琅禾费衍射、半波带法一.装置二.半波带法S: 单色光源 : 衍射角—— 中央明纹(中心) A→P和B→P的光程差nullθ1′2BA半波带半波带12′两个“半波带”上发的光在P处干涉相消形成暗纹。P处近似为明纹中心λ/2θBAλ/2null形成暗纹。——暗纹——明纹(中心) ——中央明纹(中心)上述暗纹和中央明纹(中心)位置是准确的，其余明纹中心的位置较上稍有偏离。一般情况null三. 振幅矢量法、光强公式P处的合振幅EP 就是各子波的振幅矢量和的模nullP 处是多个同方向、同频率、同振幅、初对于O点:  = 0 ,  = 0……E0 = N E0对于其他点P： EP < E0当N  时, N个相接的折线将变为一个圆弧。相依次差一个恒量△ 的简谐振动的合成，合成的结果仍为简谐振动。null令有 又P点的光强null(1) 主极大（中央明纹中心）位置：(2) 极小（暗纹）位置：或(3) 次极大位置：null解得 :相应 :(4)光强 :从中央往外各次极大的光强依次为:0.0472I0 , 0.0165I0 , 0.0083I0 , …∴ I次极大 << I主极大null /a-( /a)2( /a)-2( /a)sin0.0470.017 1I / I0 0相对光强曲线0.0470.017四. 条纹宽度1.中央明纹:角宽度线宽度——衍射反比定律null2. 其他明纹(次极大)3. 波长对条纹宽度的影响 4. 缝宽变化对条纹的影响波长越长，条纹宽度越宽缝宽越小，条纹宽度越宽屏幕是一片亮null∴几何光学是波动光学在 /a  0时的极限情形只显出单一的明条纹 单缝的几何光学像五. 干涉和衍射的联系与区别：...六. 应用举例[例题] 已知：一雷达位于路边d =15m处，射束与公路成15°角，天线宽度a = 0.20m，射束波长=30mm。 求：该雷达监视范围内公路长L =?null解：将雷达波束看成是单缝衍射的0级明纹由有如图：null§3 光栅衍射一. 衍射对双缝干涉的影响设双缝的每个缝宽均为 a，在夫琅禾费衍射下，每个缝的衍射图样位置是相重叠的。不考虑衍射时, 双缝干涉的光强分布图：nullθIθθ衍射光相干叠加衍射的影响：双缝干涉条纹各级主极大的强度不再相等，而是受到了衍射的调制。主极大的位置没有变化。null 明纹缺级现象衍射暗纹位置：干涉明纹缺级级次干涉明纹位置：null二. 光栅1. 光栅—大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件。da是透光（或反光）部分的宽度d=a+b  光栅常数b 是不透光(或不反光)部分的宽度3. 光栅常数2. 种类：null三. 光栅衍射1. 多光束干涉k = 0,1,2,3…光栅方程设每个缝发的光在对应衍射角 方向的P点的光振动的振幅为EpP点为主极大时明纹(主极大)条件：null暗纹条件：又由(1),(2)得相邻主极大间有N－1个暗纹和N－2个次极大。null如 N = 4,有三个极小12 3 4   /24 1  1 2 3 4  3 /2null2. 光栅衍射 (1) 各主极大受到单缝衍射的调制(3) d、a对条纹的影响null3. 光栅夫琅禾费衍射的光强公式每个单缝在P点(对应衍射角 )均有相邻缝在P点相位差nullnullnull四. 斜入射的光栅方程、相控阵雷达1.光线斜入射时的光栅方程i和 的符号 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 :k确定时，调节i，则 相应改变。null改变相邻入射光的相位差，即可改变0级衍射光的方向 2. 相控阵雷达(1)扫描方式 相位控制扫描 频率控制扫描(2)回波接收(3)相控阵雷达的优点null§4 光学仪器的分辨本领一.透镜的分辨本领1.圆孔的夫琅禾费衍射圆孔孔径为DL衍射屏观察屏中央亮斑 (爱里斑)12.透镜的分辩本领几何光学 : null波动光学 :非相干叠加瑞利判据:对于两个等光强的非相干物点,如果其一个象斑的中心恰好落在另一象斑的边缘(第一暗纹处),则此两物点被认为是刚刚可以分辨。null最小分辨角分辨本领显微镜：望远镜：null二. 光栅光谱, 光栅的色散本领、分辨本领1. 光栅光谱光栅光谱有多级，且是正比光谱2. 光栅的色散本领把不同波长的光在谱线上分开的能力设: 波长  的谱线, 衍射角  ，位置 x； 波长 的谱线，衍射角 , 位置 x+ x 角色散本领白光的光栅光谱null线色散本领f—光栅后的透镜焦距由3. 光栅的色分辨本领设入射波长为 和 + 时，二者的谱线刚能分开光栅分辨本领有null得例如对Na双线： 1 =5890 ,  2 = + =5896 (k=2,N=491),(k=3,N=327)都可分辨开Na双线null§5 X射线的衍射一. X 射线的产生X射线  : 10-1102 X射线证实了X射线的波动性劳厄（Laue）实验（1912）nulldsin12晶面ACB二. X射线在晶体上的衍射1. 衍射中心d : 晶面间距(晶格常数）2. 点间散射光的干涉每个原子都是散射子波的子波源3 .面间散射光的干涉null散射光干涉加强条件：—乌利夫—布喇格公式三. 应用 已知、 可测d — X射线晶体结构分析。 已知、d可测 — X射线光谱分析。四. 实际观察X射线衍射的作法1.劳厄法：2.粉末法：null 第二章结束 （本章编者：李桂琴 崔砚生）null§1 光的偏振状态一. 线偏振光线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解第三章 光的偏振 (Polarization of light)null线偏振光的表示法：二. 自然光一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。自然光的表示法：null三. 部分偏振光部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。部分偏振光的表示法：null四. 圆偏振光, 椭圆偏振光null五. 偏振度 Ip —部分偏振光中包含的完全偏振光的强度It —部分偏振光的总强度In —部分偏振光中包含的自然光的强度完全偏振光 (线、圆、椭圆 ) P =1自然光 ( 非偏振光 ) P = 0部分偏振光 0 < P < 1偏振度的另一种表示：null§2 偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律一. 起偏 起偏的原理：利用某种光学的不对称性 偏振片微晶型分子型 起偏：从自然光获得偏振光 起偏器: 起偏的光学器件null非偏振光I0线偏振光 I偏振化方向 (透振方向)二. 马吕斯定律I0I 偏振片的起偏马吕斯定律（1809）——消光null三. 检偏用偏振器件分析、检验光的偏振态思考： I不变？是什么光 I变，有消光？是什么光 I变，无消光？是什么光null§3 反射和折射光的偏振 *散射光的偏振一. 反射和折射时光的偏振i = i0 时，反射光只有S分量i 0 — 布儒斯特角或 起偏角i0 +r0 = 90O 由 有—布儒斯特定律 (1812年)null若 n1 =1.00 (空气)，n2 =1.50 (玻璃)，则：二. 玻璃片堆起偏和检偏 1. 起偏当i =i0时自然光从空气→玻璃2. 检偏 ...玻璃片堆null*三. 散射光的偏振1.散射光的产生2.散射光的偏振null§4 光在晶体中的传播, 双折射 方解石oe一. 双折射的概念1. 双折射n1n2irore(各向异 性媒质)自然光o光 e光2.寻常光和非寻常光o光 : 遵从折射定律e光 : 一般不遵从折射定律e光折射线也不一定在入射面内。null3. 晶体的光轴当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。例如，方解石晶体(冰洲石) 光轴是一特殊的方向,凡平行于此方向的直线均为光轴。单轴晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体null4. 主平面和主截面主平面：晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面。主截面：晶体表面的法线与晶体光 轴构成的平面。二. 晶体的主折射率，正晶体、负晶体光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,光的传播速度也不同。nullo光:e光: n0 ，ne称为晶体的主折射率 正晶体 : ne> no负晶体 : ne< no(e< o)(e>o)null三. 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法(e>o)1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射 o, e在方向上虽没分开，但速度上是分开的。2. 光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射null3. 光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射此时e光的波面不再与其波射线垂直了null§5 晶体光学器件一. 晶体起偏器件 1. 晶体的二向色性、晶体偏振器某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，这叫晶体的二向色性电气石可产生线偏振光null2. 偏振棱镜偏光镜: 格兰─汤姆孙棱镜偏光分束镜 :沃拉斯顿棱镜光轴的取向使o光、e光对应的恰是no、 ne 。no (1.6584)＞n (1.55)＞ne(1.4864)方解石 n0＞nenull二. 晶体相移器件，圆和椭圆偏振光的起偏1. 晶片─相位延迟片晶片是光轴平行表面的晶体薄片。 通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差： 振幅关系null从晶片出射的是两束传播方相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差的线偏振光，它们合成为一束椭圆偏振光。 2. 波（晶）片 (1) 四分之一波片—— 线偏振光→圆偏振光—— 线偏振光→线偏振光从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）null——线偏振光→椭圆偏振光(2) 二分之一波片使线偏振光振动面转过2 角度(3) 全波片三. 椭圆与圆偏振光的检偏用四分之一波片和偏振片P可区分出自然光和圆偏振光或部分偏振光和椭圆偏振光null 四分之一波片 偏振片（转动）以入射光方向为轴 四分之一波片 偏振片（转动）光轴平行最大光强或最小光强方向放置或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置null§6 偏振光的干涉一. 偏振光干涉装置二. 偏振光干涉的分析1. 振幅关系在P2 后，两束光振动方向平行，振幅为：null通过晶体C后此两束光合成为一束椭圆偏振光通过P2 后（若P1、P2夹角小于，则无附加相差）2. 相位关系—相长干涉null—相消干涉若单色光入射，且d不均匀，则屏上出现等厚干涉条纹。三. 色偏振白光入射，晶片d均匀屏上由于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色这叫（显）色偏振。若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。如 红色相消→绿色；蓝色相消→黄色，null§7 人工双折射人为地造成各向异性，而产生双折射。一. 光弹效应(应力双折射效应)应力→各向异性→各向不同→n各向不同在一定应力范围内：null二. 电光效应电光效应也叫电致双折射效应1.克尔效应 (1875年)null 不加电场→液体各向同性→P2不透光 加电场→液体呈单轴晶体性质，——二次电光效应 E — 电场强度，k — 克尔常数克尔效应引起的相位差为：克尔盒相当于半波片， P2透光最强 。null2. 泡克尔斯效应(1893年)克尔盒的应用 : ... 克尔盒的缺点 : ...null 不加电场→ P2 不透光 加电场→晶体变双轴晶体→原光轴方泡克尔斯效应引起的相位差—— 线性电光效应no—o光在晶体中的折射率； V —电压； r — 电光常数。应用 :三. 磁致双折射科顿—穆顿效应向附加了双折射效应→ P2 透光。null§8 旋光现象一. 物质的旋光性使线偏振光的振动面发生旋转 a — 旋光率二. 菲涅耳的解释线偏振光可看作是 同频率、等振幅、有确定相位差的左(L )、右(R )旋圆偏振光的合成。旋转的角度：null光通过旋光物质后，初相 要滞后设入射时L、R初相为0，旋光物质长dnull在出射面上:由图示，有：令 —— 旋光率则 null三. 量糖术对溶液有c ── 溶液的浓度“量糖计”四. 磁致旋光旋转的角度 V─费德尔常量，null 对自然旋光物质，振动面的左旋或右旋是由旋光物质本身决定的，与光的传播方向无关。 nullnull光隔离器 消除反射光的干扰（本章编者：李桂琴 崔砚生） 波动光学部分结束