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1、光学总复习,几何光学(h 0, l0),光 学,波动光学 ( h 0, l0 ),主要内容,量子光学(h0, l0),波动性,电磁性,光波与物质的电磁相互作用,光波的叠加 1. 线性叠加原理 . 独立传播原理,横波性,光的偏振,线性介质,光的干涉,光的衍射,有限束光波相干叠加,无限束光波相干叠加,1,5,4,2,3,6,2. 光的干涉,相干光源的获得方法,光 的 干 涉,光的干涉条件: 3个必要条件和3个补充条件,几种典型的干涉 1.明暗条纹条件, 2. 条纹的分布, 3.条纹动态变化.,迈克耳孙干涉仪,增反、透薄膜,劈尖等厚干涉,牛顿环,F-P 干涉仪,杨氏干涉等,分波阵面法,等倾干涉,光程
2、定义: nr,光程差的计算,分振幅法,光 程,薄膜干涉,等厚干涉,主要内容,多光束干涉,一、基本概念:,光的折射率:,光强:,光速: c = 299 792 458 米/秒,可见光范围:390760 nm ( 7.73.9 )1014 Hz,光的相干条件:基本(必要)条件:,同频率、同振动方向、位相差恒定.,补充条件:,光程差不能太大:,光源线度受限制:,光程:相同时间内,光在介质中走 r,相当于在真空中走 nr.,光程差:,几何路径 介质 n 半波损失,振幅相差不悬殊:,条纹可见度:,二、掌握内容:,1、杨氏干涉:,亮纹:,2、等倾、等厚干涉:,3、迈克尔逊干涉仪;,4、F-P 干涉仪;,5
3、、牛顿环.,条纹间隔:,时间相干性:,空间相干性:,光谱重合问题:,光疏光密,例1: 钠光灯作光源,波长 ,屏与双缝的距离 L=500 mm ,(1) d = 1.2 mm 和 d = 10 mm , 相邻明条纹间距分别为多大?(2) 若相邻明条纹的最小分辨距离为 0.065 mm , 能分辨干涉条纹的双缝间距是多少?,解:,(1) d = 1.2 mm,d =10 mm,(2),双缝间距 d 为:,例2: 杨氏双缝实验中,P为屏上第五级亮纹所在位置。现将 一 玻璃片插入光源 发出的光束途中,则P点变为中央 亮条纹的位置,求玻璃片的厚度。,解、没插玻璃片之前二光束的光程差为,已知: 玻璃,插玻
4、璃片之后二光束的光程差为,例3: 用白光作双缝干涉实验时,能观察到几级清晰可辨的彩色光谱?,解:用白光照射时,除中央明纹为白光外,两侧形成外红内紫的对称彩色光谱.当 k 级红色明纹位置xk红大于k+1级紫色明纹位置x(k+1)紫时,光谱就发生重叠。据前述内容有,红 = 7600, 紫 = 4000,代入得:K =1.1,表明:白光照射时在中央白色明纹两侧,只有第一级彩色光谱是清晰可辨的.,玻璃 n1=1.5, 镀MgF2 n2=1.38,放在 空气中,白光垂直射到膜的表面,欲使反射光中=550nm 的成分相消, 求:膜的最小厚度。,反射光相消 = 增透,思考:若 n2n3 会得到什么结果?为什
5、么望远镜的镜片有的发红,有的发蓝?,效果最好,例4:,例5: 如图所示,在折射率为1.50的平板玻璃表面有一层厚度为300nm,折射率为1.22的均匀透明油膜,用白光垂直射向油膜,问: 1) 哪些波长的可见光在反射光中产生相长干涉? 2) 哪些波长的可见光在透射光中产生相长干涉? 3) 若要使反射光中=550nm的光产生相干涉,油膜的最小厚度为多少?,解:(1) 因反射光之间没有半波损失,由垂直入射 i =0,得反射光相长干涉的条件为,k =1 时,红光,k =2 时,故反射中只有可见光的红光产生相长干涉.,紫外,d,(2) 对于透射光,相长条件为:,k =1 时,红外,k =2 时,青色光
6、( 红光的补色 ),k =3 时,紫外,(3) 由反射相消干涉条件为 :,显然 k = 0 所产生对应的厚度最小,即,例6:,问:1. 若反射光相消干涉的条件中 取 k=1,膜的厚度为多少?2. 此增 透膜在可见光范围内有没有增反?,已知:用波长 ,照相机镜头n3 =1.5,其上涂一层 n2=1.38 的氟化镁增透膜,光线垂直入射。,解:1. 因为 ,所以反射光经历两次半波损失。反射光相干相消的条件是:,代入k=1 和 n2 求得:,此膜对反射光相干相长的条件:,可见光波长范围 400700nm,波长412.5nm的可见光有增反。,结果,问:2. 此增透膜在可见光范围内有没有增反?,例7:氦氖
7、激光器中的谐振腔反射镜,要求对波长=6328A0的单色光反射率达99%以上,为此在反射镜的玻璃表面上交替镀上 ZnS (n1=2.35)和低折射率材料MgF2 (n2 =1.38),共十三层,求每层膜的实际厚度?(按最小厚度要求),实际使用光线: 垂直入射,有半波损失。所以,ZnS的最小厚度,MgF的最小厚度,例8:,已知:用紫光照射,借助于低倍测量显微镜测得由中心往外数第 k 级明环的半径 , k 级往上数第16 个明环半径 ,平凸透镜的曲率半径R=2.50m,求:紫光的波长?,解:根据明环半径公式:,例9:,在迈克耳孙干涉仪的两臂 中分别引入 10 厘米长的 玻璃管 A、B ,其中一个 抽
8、成真空,另一个在充以 一个大气压空气的过程中 观察到107.2 条条纹移动, 所用波长为546nm。求空气的折射率?,解:设空气的折射率为 n,相邻条纹或说条纹移动一条时,对应光程差的变化为一个 波长,当观察到107.2 条移过时,光程差的改变量满足:,迈克耳孙干涉仪的两臂中 便于插放待测样品,由条 纹的变化测量有关参数。 精度高。,例10:,扬氏装置中,若已知波长为589nm在远处的光屏上形成角宽度为 0.020 的暗纹. 若将整个装置浸入水中,求双缝间距和条纹的角宽度.,提示:,空气中:,水中:,对切透镜的成像和干涉问题:,比累(Billet)剖开透镜,提示:,胶合对切透镜?,梅斯林( G
9、.Meslin)对 切透镜,梅斯林对切透镜的特殊情况,干涉条纹形状?,半圆形,干涉条纹形状?,半圆形,检查光学平面的缺陷,条纹偏向膜(空气)厚部,表示平面上有凸起。 “凸” 向厚处偏!,平面上有凹坑。 “凹” 向薄处偏!,环外扩:要打磨中央部分,环内缩:要打磨边缘部分,牛顿环在光学冷加工中的应用,1. 光强分布,其中:,令:,法布里 - 珀罗干涉仪 多光束干涉,讨论:,所以:称F 为精细度.,2 .应用:,(1) F-P 滤光膜(干涉滤光片),如果:nd=500nm,白光垂直入射,则透射光,由:,可见光中只有: 500nm 的光可通过!,(2) 共焦F-P干涉仪,a. 分辨本领比平面型的更高;,b. 测量激光谱线的线宽;,c. 构成激光谐振腔的一种.,3. 有同一相位差的多光束叠加,讨论:,主最大,最小 N-1个,次最大 N-2个,第一极小 =p , 故 j”从1开始,ii. 次极大光强,理解:,理解:,
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