第十二章 波动光学

第十二章波 动 光 学

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重点要求：1.重点掌握杨氏双缝干涉、薄膜干涉(垂直 入射)、夫朗禾费单缝衍射、光栅衍射实 验的基本装置和实验规律及条纹位置的计 算; 2.确切理解光程和光程差、偏振光和偏振光 的产生与检验、旋光现象,并能够用马吕 斯定律解决实际问题; 3.了解迈克尔逊干涉仪的原理、圆孔衍射的 规律.返回

§12.1 §12.2 §12.3

光 的 干涉 光 的 衍 射 光 的 偏 振

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§12.1

光 的 干 涉

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12.1.1 光波

光的相干性

光在本质上是一种电磁波. 能够引起视觉作用的电磁波叫可见光,可见光 所占区域很小,它的波长范围在400~760nm之间. 波长在760nm以上到6×105nm左右的电磁波 称为“红外线”.

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波长在400nm以下到5nm左右的电磁波称 为“紫外线”. 红外线和紫外线都是不可见光. 在光波中,产生感光作用和生理作用的是 电场强度 E ,通常把 E 称为光矢量 把光矢量 E 的振动称为光振动.

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能够产生干涉现象的机械波应满足的相干 条件: ⑴频率相同; ⑵振动方向相同或存在互相平行的振动分量;

⑶相位差固定;⑷振幅相差不太大.

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获得两束相干光源的方法 (1) 分波面法: 杨氏双缝干涉实验 (2) 分振幅法: 薄膜干涉实验

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英国科学家，托马斯 .杨(T.Young)在1802 年首先发现光的干涉 现象，并首次测量了 光波的波长。

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12.1.2 双缝干涉 (interference)

L

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设S1和S2的中心相距为d,双缝的中点为 M,双缝到屏幕的距离为D,在屏幕上任取一 点P,它到S1和S2的距离分别为r1和r2,则相干 光源S1和S2在P点引起的光振动分别为

r 1S1d

Px

M

r2oD返回

S2

r1S1d M

Px

r2oD r1 y1 A cos t u A cos 1

S2

r2 y2 A cos t u

A cos 2 (12-1)返回

在P点处二者的相位差为

1 2

u

r2 r1

2π

r2 r1

根据相干条件:

当 (2k 1) (k 0,1,2,...) 即 r2 r1 k 时合振动的振幅具有最大值

A合 2 Ar2 r1 2k 1

我们将在屏幕上看到一条明亮的条纹. 当 2k 1 π k 0,1,2, 即 合振动的振幅具有最小值 2

A合 0返回

我们将在屏幕上看到一条暗条纹.

干涉条纹图样

k=0返回

强度分布曲线返回

常用波程差 r r2 r1 来表达上面的两个条件 . 由于D>>d,所以 r d sin ,

满足亮条纹和暗条纹的条件是亮条纹 暗条纹

2 其中 k 0,1,2, 在通常观察到干涉条纹的条 x 件下,θ角很小,这时 sin tan ,

因此波程 D 差为 x r d sin d D

(12-2) r d sin k (12-3) r d sin 2k 1

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