第17章波动光学课件.ppt

1、1 了解了解光的本性，认识光源。光的本性，认识光源。理解理解相干光的条件，相干光的条件，掌握掌握获得相干光的一般获得相干光的一般方法，方法，理解理解光程和光程差。光程和光程差。了解了解光衍射现象、惠更斯光衍射现象、惠更斯-菲涅耳原理。菲涅耳原理。了解了解光的偏振现象、马吕斯定律。光的偏振现象、马吕斯定律。第第1717章章 波动光学波动光学2一一.光是一种电磁波光是一种电磁波)(cos0urtEE)(cos0urtHH平面电磁波方程平面电磁波方程（第十六章）（第十六章）001c 真空中的光速真空中的光速 光矢量光矢量 用用 矢量表示光矢量矢量表示光矢量,它在引起人眼视它在引起人眼视觉和底片感光上

2、起主要作用觉和底片感光上起主要作用.E17-1 17-1 相干光相干光二二.光源光源光源中的原子或分子运动状态发生变化，发出辐射光源中的原子或分子运动状态发生变化，发出辐射光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子31、光的相干条件、光的相干条件三三.光的相干性光的相干性振动方向相同振动方向相同频率相同频率相同有恒定的相位差有恒定的相位差2.2.两个独立的光源，不能构成相干光源两个独立的光源，不能构成相干光源P2117-1 17-1 相干光相干光4波阵面分割法波阵面分割法*光源光源1s2s3.3.普通光源获得相干光的普通光源获得相干光的方法方法振幅分割法振幅分割法油膜油膜

3、17-1 17-1 相干光相干光5一一 光程光程光在真空中的速度光在真空中的速度001c光在介质中的速度光在介质中的速度1ucnu1uc真空中的波长真空中的波长介质的折射率介质的折射率)(2cos1101rTtEE)(2cos2202rTtEEn介质中的波长介质中的波长*1sP1r*2s2rn17-3 17-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉6 波程差波程差 12rrr 相位差相位差)(2)(212rTtrTt)(212rr)(212rnr*1sP1r*2s2rnn介质中的波长介质中的波长17-3 17-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉72）光程差）光程差(两光程之差两光程之差)12rnr光程差光程

4、差,2,1,0,kk,2,1,02,kk 干涉干涉加强加强2 相位差相位差 干涉干涉减弱减弱,2,1,0,2)12(kk,2,1,0,)12(kk17-3 17-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉1）光程）光程:媒质折射率与光的几何路程之积媒质折射率与光的几何路程之积nr8FABo二二 透镜不引起附加的光程差透镜不引起附加的光程差FAB焦平面焦平面17-3 17-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉9三三 薄膜干涉薄膜干涉ADCDcosdBCABiACADsinidsintan212sinsinnniADnBCABn1232)(212nn 17-3 17-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉P1n1n2n1M

5、2MdLiDC34E5A1B2i102cos22sin1cos222232rdnrnrd2sin222122rinnd 反反射光的光程差射光的光程差rk加加 强强),2,1(k2)12(k减减 弱弱),2,1,0(kP1n1n2n1M2MdLiDC34E5A1B212nn 17-3 17-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉11innd22122tsin2 透透射光的光程差射光的光程差 注意：注意：透射光和反透射光和反射光干涉具有互射光干涉具有互 补补 性性，符合能量守恒定律符合能量守恒定律.17-3 17-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉 当光线垂直入射时当光线垂直入射时 0i222rdn 增透膜和

6、增反膜增透膜和增反膜利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率P1n1n2n1M2MdLiDC34E5A1B212nn 12圆孔衍射圆孔衍射单缝衍射单缝衍射PH*S一一 光的衍射现象光的衍射现象G*S17-6 17-6 光的衍射光的衍射13S二二 惠更斯惠更斯 菲涅尔原理菲涅尔原理SreS：波阵面上面元：波阵面上面元 (子波波源子波波源)菲涅尔指出菲涅尔指出 衍射图中的强度分布是因为衍射时，衍射图中的强度分布是因为衍射时，波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定.点振动是各子波在此产生的振动的叠加点振动是各子波在此产

7、生的振动的叠加 .P子波在子波在 点引起的振动振幅点引起的振动振幅 并与并与 有关有关 .rsP：时刻波阵面时刻波阵面 tS*P17-6 17-6 光的衍射光的衍射14光的光的波动性波动性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射.光波是光波是横波横波 光的偏振光的偏振.机械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝机械波穿过狭缝17-1217-12 光的偏振光的偏振 马吕斯定律马吕斯定律15一自然光一自然光 偏振光偏振光 自然光自然光：一般光源发出的光中，包含着各个方：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量，在所有可能的方向上的振幅都相等向的光矢量，在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这

8、样的光叫自然光（轴对称）这样的光叫自然光.自然光以两互相自然光以两互相垂直垂直的互的互为独立的为独立的 （无确定无确定的的相位相位关关系）振幅相等的光振动表示系）振幅相等的光振动表示,并各具有并各具有一半一半的振动能量的振动能量.符号表示符号表示vE二二互相互相垂直方向是任选的垂直方向是任选的17-1217-12 光的偏振光的偏振 马吕斯定律马吕斯定律16 偏振光偏振光（线偏振光）（线偏振光）符号表示符号表示 部分偏振光部分偏振光：某一方向的光振动比与之垂直方：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光向上的光振动占优势的光为部分偏振光.符号表示符号表示光振动只沿某一固定方

9、向的光光振动只沿某一固定方向的光.振动面振动面vE17-1217-12 光的偏振光的偏振 马吕斯定律马吕斯定律17 起起 偏偏二偏振片二偏振片 起偏与检偏起偏与检偏 二向色性二向色性:某些物质能吸收某一方向的光振某些物质能吸收某一方向的光振动动,而只让与这个方向垂直的光振动通过而只让与这个方向垂直的光振动通过,这种性质这种性质称二向色性称二向色性.偏振片偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片涂有二向色性材料的透明薄片.偏振化方向偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向片的偏

10、振化方向.021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器起偏器17-1217-12 光的偏振光的偏振 马吕斯定律马吕斯定律18检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器17-1217-12 光的偏振光的偏振 马吕斯定律马吕斯定律19NM三马吕斯定律三马吕斯定律（1880 年）年）E0Ecos0EE 2020EEII检偏器检偏器起偏器起偏器0IIE0ENM20cosII 马吕斯定律马吕斯定律 强度为强度为 的偏振的偏振光通过检偏振器后光通过检偏振器后,出射光的强度为出射光的强度为0I17-1217-12 光的偏振光的偏振 马吕斯定律马吕斯定律20 例例1 有两个偏振片有两个偏振片,一个用作起偏器一个用作起偏器

11、,一个用作检一个用作检偏器偏器.当它们偏振化方向间的夹角为当它们偏振化方向间的夹角为 时时,一束单色一束单色自然光穿过它们自然光穿过它们,出射光强为出射光强为 ;当它们偏振化方向间当它们偏振化方向间的夹角为的夹角为 时时,另一束单色自然光穿过它们另一束单色自然光穿过它们,出射光出射光强为强为 ,且且 .求两束单色自然光的强度之比求两束单色自然光的强度之比.30601I2I21II 10I20I解解 设两束单色自然光的强度分别为设两束单色自然光的强度分别为 和和 .经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和 .220I210I经过检偏器后经过检偏器后30cos22101II 60cos22202II 3160cos30cos22201021IIII17-1217-12 光的偏振光的偏振 马吕斯定律马吕斯定律