第七章 11-3(附件).pptVIP

* 第十二章 波动光学（一） 光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素 光的本性是什么？ 牛顿 光是由“光微粒”组成的 光的直线传播 + 机械观 惠更斯 托马斯 . 杨菲涅耳 胡克 光是一种介质中传播的波 波动特征：干涉、衍射 传播光的介质是什么？ 麦克斯韦的电磁理论 光是一种电磁波 迈克尔逊的实验 电磁波的传播不需要介质 光电效应 康普顿散射 光具有粒子性 这种粒子称做“光量子” 德布罗意 所有物质都具有波粒二象性 光的两种互补性质 传播过程中显示波动性 与其他物质相互作用时显示粒子性 12.1 光的相干性 一、普通光源的发光机理 可见光 能引起人的视觉的电磁波 真空中的波长 400 nm — 760 nm 发光机理 处于激发态的原子会自发地跃迁到低激发态或基态，向外辐射电磁波。 - 13.6 e V - 3.4 e V - 1.5 e V 氢原子的发光跃迁 波列 跃迁过程的持续时间约为 10-8 s 原子发光的独立性、间歇性和随机性 各原子或同一原子各次发出的波列，其频率和振动方向可能不同，每次何时发光不确定。 来自两个光源或同一光源的两部分的光，不满足相干条件，叠加时不产生光的强弱在空间稳定分布的干涉现象。 二、相干光的获得方法 用单色性好的点光源，把光线分成两部分，然后再叠加。（取自同一原子的同一次发光） 分波阵面 分振幅 三、光程 光在不同介质中传播时，频率不变而波长改变。 光在介质中传播时，路程 r 上相位变化为 nr — 光程 把光在介质中通过的路程按相位变化相同折合到真空中的路程。好处是统一用真空中的波长来计算。 n d r2 r1 两束相干光的相位差 相位差 光程差 T. Young 12.2 杨氏双缝干涉 1801年，英国人托马斯 . 杨成功了一个判别光的性质的关键性实验。 在观察屏上有明暗相间的等间距条纹，这只能用光是一种波来解释。 杨还由此实验测出了光的波长。 ? 一、双缝干涉的干涉条纹 r2 r1 ? x P S s1 s2 D d o S1 和 S2 是同相波源 实验中，一般 D 约 1 m ，而 d 约 10-4 m 两条光路的光程差为 ? r2 r1 ? x P S s1 s2 D d o 当 时 两列光波在 x 点引起的光振动同相 相长干涉，x 处为明纹 两列光波在 x 点引起的光振动反相 当 时 相消干涉，x 处为暗纹 k = 0 ，0 级明纹 k = 1 ，1 级明纹 k = 2 ，2 级明纹 k = 1 ，1 级明纹 k = 2 ，2 级明纹 明纹中心的位置 k = 0 , 1 , 2 , …… 暗纹中心的位置 k = 1 , 2 , 3 , …… 相邻两明纹或暗纹间的距离 白光的双缝干涉 各单色光的 0 级明纹重合形成中央明纹 各单色光的 1 级明纹错开形成彩色光谱 更高级次的光谱因重叠而模糊不清 因为条纹间距与波长成正比 二、观察屏上的光强分布 r1 r2 x P S s1 s2 D d o x o I 干涉项 4I1 三、菲涅耳双棱镜 四、劳埃德镜 例题 杨氏双缝的间距为 0.2 mm ，双缝与屏的距离为 1 m . 若第 1 级明纹到第 4 级明纹的距离为 7.5 mm ，求光波波长。 解 mm m mm nm 例题 用云母片（ n = 1.58 ）覆盖在杨氏双缝的一条缝上，这时屏上的零级明纹移到原来的第 7 级明纹处。若光波波长为 550 nm ，求云母片的厚度。 插入云母片后，P 点为 0 级明纹 d P o 解 插入云母片前，P 点为 7 级明纹 ?m 12.3 薄膜干涉 i n1 n2 一、等倾条纹 两条相干光线到达透镜焦平面上P点的光程差 e 光程差决定于倾角，焦平面上同一干涉条纹上各亮点（暗点）对应相同的入射角。 等倾干涉环 明纹 暗纹 反射干涉环与透射干涉环是互补的。 等倾条纹的形成 厚度的影响 例题 空气中厚度为 0.32 ?m 的肥皂膜（n = 1.33），若白光垂直入射，问肥皂膜呈现什么颜色？ 解 n e 红外 紫外 绿色 反射光相长干涉的条件： nm nm nm 例题 平面单色光垂直照射在厚度均匀的油膜上，油膜覆盖在玻璃板上。当光波波长连续变化时，观察到 500 nm 与 700 nm 两波长的光反射消失。油膜的折射率为 1.30 ，玻璃的折射率为 1.50 ，求油膜的厚度。 解 n2