大學(xué)物理光學(xué)OPTICS,以光的波動(dòng)性質(zhì)為基礎(chǔ)，研究光的傳播及規(guī)律。以光的粒子性為基礎(chǔ)，研究光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律。光學(xué)以光的直線傳播為基礎(chǔ)，研究光在透明介質(zhì)中的傳播規(guī)律。研究光的本性、光的傳播和光與物質(zhì)相互作用等規(guī)律的學(xué)科。光學(xué)：波動(dòng)光學(xué)：量子光學(xué)：幾何光學(xué)：前言,1621年荷蘭科學(xué)家斯涅耳（W.snell,1580~1626）從實(shí)驗(yàn)歸納出反射定律、折射定律，在此基礎(chǔ)上誕生了幾何光學(xué)。早在我國(guó)先秦時(shí)代（公元前400－382年），《墨經(jīng)》中就詳細(xì)論述了光的直線傳播、針孔成像、光的反射以及平面鏡、凹面鏡和凸面鏡的成像規(guī)律。而在之后約一百年，古希臘的歐幾里德也專(zhuān)門(mén)著書(shū)《光學(xué)》，對(duì)人眼為何能看到物體、光的反射性質(zhì)、球面鏡焦點(diǎn)等問(wèn)題進(jìn)行了探討。光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史一、幾何光學(xué)時(shí)期光是什么?,二、光的微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)1668年英國(guó)科學(xué)家牛頓（Newton）提出光的微粒說(shuō)，1678年荷蘭物理學(xué)家惠更斯（Huygens）提出光的波動(dòng)說(shuō)。兩種學(xué)說(shuō)的爭(zhēng)論持續(xù)了幾個(gè)世紀(jì)，起初微粒說(shuō)占優(yōu)，到19世紀(jì)初，人們對(duì)光本質(zhì)的認(rèn)識(shí)逐漸趨向于波動(dòng)說(shuō)。下表例舉了幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)兩種學(xué)說(shuō)的擁護(hù)者，以及它們剛被提出時(shí)的出發(fā)點(diǎn)和存在的問(wèn)題：牛頓(Newton)光是一種粒子!光是一種波!惠更斯(Huygens),微粒說(shuō)支持者波動(dòng)說(shuō)牛頓（Newton）畢奧（Biot）拉普拉斯（Laplace）泊松（Poission）馬呂斯（Malus）胡克（Hooke）惠更斯（Huygens）托馬斯·楊（T.Young）夫瑯和費(fèi)(Fraunhofer)菲涅耳（Fresnel）傅科（Foucault）能夠解釋/無(wú)法解釋?zhuān)▌偺岢鰰r(shí)）光的直線傳播光的反射光的折射光在折射率大的介質(zhì)中傳播速率小光的干涉光的衍射光的直線傳播光的反射光的折射光在折射率大的介質(zhì)中傳播速率小【該結(jié)論于1862年被傅科實(shí)驗(yàn)所證實(shí)】光的干涉光的衍射,對(duì)光的波動(dòng)說(shuō)給予有力支持的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)：1、1801年托馬斯·楊（ThomasYoung）完成了著名的“楊氏雙縫干涉”實(shí)驗(yàn)，并提出了干涉原理；2、1809年，馬呂斯（Malus）發(fā)現(xiàn)了光的橫波性；（盡管馬呂斯當(dāng)時(shí)認(rèn)為他的發(fā)現(xiàn)是對(duì)波動(dòng)說(shuō)有力的駁斥）3、1815年，菲涅耳（Fresnel）綜合了惠更斯子波假設(shè)和楊氏干涉原理，用次波干涉理論成功地解釋了光的直線傳播規(guī)律，并且定量地說(shuō)明了光的衍射圖樣光強(qiáng)分布規(guī)律（如泊松亮斑）。,赫茲（Hertz）麥克斯韋（Maxwell）1860年，麥克斯韋總結(jié)出麥克斯韋方程組，得出電磁波在真空中傳播的速度等于光速c，從而預(yù)言光是一種電磁波。1888年赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋的預(yù)言。通過(guò)大量實(shí)踐可知，紅外線、紫外線和X射線等都是電磁波，它們的區(qū)別僅是頻率（波長(zhǎng)）不同而已，從而使光的波動(dòng)理論成為電磁理論的一部分。三、光的電磁學(xué)說(shuō)光是一種電磁波。你的預(yù)言是對(duì)的！,四、量子光學(xué)時(shí)期19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，光學(xué)的研究深入到光的發(fā)生、光和物質(zhì)的相互作用的微觀結(jié)構(gòu)中。一些新的實(shí)驗(yàn)，如熱輻射、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)等，用經(jīng)典電磁波理論都無(wú)法解釋。1900年普朗克提出輻射能量的量子化理論，成功地解釋了黑體輻射問(wèn)題。1905年愛(ài)因斯坦提出光量子理論，圓滿地解釋了光電效應(yīng)。愛(ài)因斯坦的結(jié)論于1923年被康普頓的散射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。普朗克（Planck）愛(ài)因斯坦（Einstein）康普頓（Compton）,從光學(xué)發(fā)展史可以看出，光的干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象證實(shí)了光的波動(dòng)性，而黑體輻射、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)等又證實(shí)了光的微粒性，光具有“波粒二相性”（Wave-particleduality）。光在傳播的過(guò)程中主要表現(xiàn)出波動(dòng)性，而在與物質(zhì)相互作用時(shí)主要表現(xiàn)出微粒性。本章只討論光的波動(dòng)性。即主要研究光的干涉、衍射、偏振等問(wèn)題。,光的干涉(InterferenceofLight)兩光波在空間相遇形成穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布,稱(chēng)為干涉,目錄6.1光的發(fā)光機(jī)制6.1.1光源的發(fā)光機(jī)制相干光6.1.2光程與光程差6.2分波陣面干涉6.2.1楊氏雙縫干涉6.2.2勞埃德鏡與半波損失的驗(yàn)證6.3分振幅干涉6.3.1等傾干涉6.3.2等厚干涉6.3.3牛頓環(huán)6.3.4邁克爾孫干涉儀(1)第六章波動(dòng)光學(xué)(WaveOptics),6.4光的衍射6.4.1光的衍射現(xiàn)象6.4.2惠更斯-菲涅耳原理6.4.3菲涅耳衍射夫瑯和費(fèi)衍射6.5夫瑯和費(fèi)的單縫衍射6.5.1夫瑯和費(fèi)單縫衍射的實(shí)驗(yàn)裝置6.5.2用菲涅耳半波帶分析夫瑯和費(fèi)單縫衍射圖樣6.5.3單縫衍射的條紋分布6.6夫瑯和費(fèi)的圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)6.6.1夫瑯和費(fèi)的圓孔衍射6.6.2光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)6.7光柵衍射6.7.1光柵6.7.2光柵衍射條紋特點(diǎn)6.7.3光柵光譜6.7.4光柵的分辨本領(lǐng)(2),?6.8晶體對(duì)X射線的衍射6.8.1X射線的衍射實(shí)驗(yàn)6.8.2布拉格公式6.9光的偏振性6.9.1自然光線偏振光部分偏振光6.9.2偏振片起偏馬呂斯定律6.9.3反射和折射起偏布儒斯特定律?6.9.4雙折射起偏?6.9.5偏振棱鏡波片?6.9.6光偏振態(tài)的檢驗(yàn)(3),6.1光源的發(fā)光機(jī)制(Theluminousprincipleoflightsource)(4)光源的發(fā)光是大量的分子或原子進(jìn)行的一種微觀過(guò)程6.1.1光源的發(fā)光機(jī)制相干光-13.6eV-3.4eV-1.5eVE1E2E3E?0?21=(E2－E1)/h普通光源發(fā)光特點(diǎn):1)自發(fā)輻射(spontaneousradiation);2)每一次發(fā)光持續(xù)時(shí)間很短(t＜10-8s)波列長(zhǎng)度L=c?,普通光源(5)獨(dú)立(不同原子同時(shí)發(fā)出的光不相干)··獨(dú)立(同一原子先后發(fā)出的光不相干)激光光源發(fā)光特點(diǎn):1)受激輻射(stimulatedradiation);2)光波的相位、頻率、振動(dòng)方向以及傳播方向都和原來(lái)的入射光相同E2E1普通光源發(fā)出的兩束光在空間相遇很難產(chǎn)生相干疊加,這樣的光稱(chēng)為非相干光(noncoherentlight)。激光光源發(fā)出的兩束光在空間相遇能產(chǎn)生相干疊加,這樣的光稱(chēng)為相干光(coherentlight)。,怎樣獲得相干光?Ps*分波面法分振幅法·P薄膜s*(6)將來(lái)自同一原子的同一次發(fā)光“一分為二”。,6.1.2光程(opticalpath)光程差(opticalpathdifference)(7)兩光波在空間某點(diǎn)P相遇,討論相遇點(diǎn)的光強(qiáng)分布。?1?2?AA1A2P點(diǎn)的光振動(dòng)合成矢量圖設(shè)?01、?02分別為s1、s2光源的初相;A1、A2分別為s1、s2在P點(diǎn)的振幅,?1和?2為兩波在r1和r2兩段路程上介質(zhì)中的波長(zhǎng),則兩波在P點(diǎn)的振動(dòng)為,由波的疊加原理可知在相遇點(diǎn)P合振動(dòng)的振幅平方為光強(qiáng)分布為:其中?為兩波在真空中的波長(zhǎng),令?＝n2r2－n1r1定義:光在媒質(zhì)中通過(guò)的路程(r)與媒質(zhì)折射率(n)的乘積(nr)稱(chēng)為光程(opticalpath)?＝n2r2－n1r1稱(chēng)為光程差(opticalpathdifference)光強(qiáng)分布與相位差??有關(guān)(8),當(dāng)?01=?02時(shí)光程差與相位差之間關(guān)系:干涉加強(qiáng)(明紋)干涉減弱(暗紋)(9),(10)透鏡的等光程性(aplanatismoflens)PP'F'PP'等光程等光程F焦平面,透鏡成象均為亮點(diǎn)表明各條光線在會(huì)聚點(diǎn)相位相同,也就是各條光線光程相等。ss'(11)重要結(jié)論:透鏡可以改變光線的傳播方向,但對(duì)物、象間各光線不會(huì)引起附加的光程差。,6.2分波陣面的干涉(Theinterferenceofdividingwavefront)1.實(shí)驗(yàn)裝置(1801年)(12)觀察屏Ess2s1面光源L6.2.1楊氏雙縫干涉(Youngdouble-slitinterference)托馬斯·楊(ThomasYoung)1773-1829,英國(guó)物理學(xué)家,(13)I?2.干涉條紋分析xD0dP·r1r2兩光波在P點(diǎn)處的光強(qiáng):設(shè)?01、?02分別為s1、s2相干光的初相;A1、A2分別為s1、s2在P點(diǎn)的振幅。假設(shè)A1＝A2＝A0,?01＝?02圖中:相鄰實(shí)線與虛線的相位差為?,P點(diǎn)處的相位差:k=0,1,2,...明紋中心k=1,2,...暗紋中心??=±2k?k=0,1,2,...明紋中心??=±(2k-1)?k=1,2,...暗紋中心?為真空中的波長(zhǎng),k稱(chēng)為級(jí)數(shù)。(14)P點(diǎn)處的光程差為1)干涉條紋的光程差分布xk=1k=-1k=-1k=1k=0k=-2k=2k=-2k=2,當(dāng)?很小時(shí)(<5º)sin??tg?＝x/D(15)k＝0,1,2,...明紋中心k＝1,2,3,...暗紋中心P??r1r2oxxD?d·I?＝r2-r1?d·sin?2)干涉條紋的位置分布,2)任意二條相鄰明(暗)紋之間距離:?x與k無(wú)關(guān),表明條紋是等寬等間距明暗相間平行條紋,x越大級(jí)數(shù)越高。d不可過(guò)大,因?yàn)閐過(guò)大條紋過(guò)密人眼分辮不了就看不到干涉現(xiàn)象(d約幾mm到10-1mm)(16)討論:1)重要結(jié)論:光程差相等的點(diǎn)構(gòu)成同一條干涉條紋;相鄰兩條明(或暗)紋之間光程差的變化為?。,b)各級(jí)明紋(不含零級(jí))都是彩色條紋a)中央零級(jí)明紋是白色條紋c)高級(jí)次明紋可出現(xiàn)重合(17)3)入射光為白色光:各級(jí)明紋不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的位置:各級(jí)明紋的寬度:1k-1-k0-k-1k+1,例1:己知d=0.1mm,D=20cm入射光波長(zhǎng)?=5460Å求1)第一級(jí)暗紋位置2)如某種光照射此裝置,測(cè)得第二級(jí)明紋之間距離為5.44mm,此光波波長(zhǎng)?3)如肉眼僅能分辯兩條紋的間距為0.15mm,現(xiàn)用肉眼觀察干涉條紋,雙縫的最大間距?(18)解:1)取k=12)取k=2xo5.44mm2-2?=5460Å的光產(chǎn)生的,(19)3)如?x=0.15雙縫間距必須小于0.728mm才能看到干涉條紋。=6800[Å]xo5.44mm2-2?=6800Å的光產(chǎn)生的,解:1)2)設(shè)在x處?1的k1級(jí)與?2的k2級(jí)首次重合,則有?2的第二級(jí)與?1的第三級(jí)重合。(20)取k1=3,則k2=2由條紋的間距公式例2:楊氏雙縫,d=0.5mm,D=25cm,?1=4000Å,?2=6000Å1)分別求出二種波相鄰明(暗)紋間距?x2)距中央明紋多遠(yuǎn)處首次重合?各為第幾級(jí)條紋?,解1:1)如擋s1,0級(jí)上移到P點(diǎn)處,即無(wú)薄片時(shí)的3.5級(jí)處。(0)03.5無(wú)薄片,P點(diǎn)光程差:加薄片,P點(diǎn)光程差:2)(21)薄片增加的光程差:例3:楊氏雙縫實(shí)驗(yàn),用透明薄片擋住一個(gè)縫發(fā)現(xiàn)中央明紋移動(dòng)了3.5個(gè)條紋,如入射光波長(zhǎng)?=5500Å,薄片折射率n=1.4。問(wèn):1)該薄片增加了多少光程差?2)該薄片厚度e=?P,解2:1)考察中心點(diǎn)的光程差0rr(-3.5)2)(22),6.2.2勞埃德鏡(Lloydmirror)與半波損失(half-waveloss)暗條紋,有半波損失光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí),在正入射(即入射角為0?)或掠入射(即入射角為90?)的情況下,在二種介質(zhì)界面處反射時(shí)相位發(fā)生?的突變,此現(xiàn)象稱(chēng)為半波損失。(23)MEAEBCdDs1s212xxoP,規(guī)律：若三種介質(zhì)的折射率分別為如圖兩束光線，經(jīng)過(guò)不同光程后疊加，如果只有一束光線在傳播過(guò)程中有半波損失，則光程差應(yīng)附加否則必須考慮“半波損失”，即132e反射光線2，3的光程差不考慮“半波損失”，即：如果兩束光線都沒(méi)有半波損失，或者都有半波損失，或者其中一束有偶數(shù)次半波損失，則光程差不附加(或）時(shí)(24),(25)6.3.1等傾干涉(equalinclinationinterference)分光板M擴(kuò)展光源s平行平面薄膜黑背景透鏡觀察屏(透鏡焦平面)同心圓條紋6.3分振幅干涉(Theinterferenceofdividingamplitude)1.觀察等傾干涉條紋裝置,2.干涉條紋分析一束光照射在薄膜上光束1:A點(diǎn)反射的光光束2:從A-C-B射出的光(26)Cen1n1n2>n1rABD12fiPioEL1、2二束光的光程差為:?'為附加光程差?'=?/2or0,由周?chē)慕橘|(zhì)折射率決定。···1)點(diǎn)光源照射時(shí)干涉條紋的分布,(27)k=1,2,3,.......明k=0,1,......暗入射角:i,折射角:rCen1n1n2>n1rABD12fiPioEL···,傾角i相同,?也相同,而?相同的點(diǎn)構(gòu)成同一級(jí)干涉條紋,故稱(chēng)為等傾條紋(equalinclinationfringes)。(28)LfPen1n1n2>n1irAC21Siii·112P'BP'Po,fen1n1n2>n1oiPi面光源··2)面光源照明時(shí)干涉條紋的分布s1、s2、s3發(fā)出的光只要入射角i相同,都將會(huì)聚在同一個(gè)圓環(huán)上。·s1s2s3分振幅干涉,使用面光源時(shí),每個(gè)點(diǎn)光源產(chǎn)生的一組同心圓條紋彼此互相重疊。(29)等傾條紋照相,2)薄膜厚度變化,條紋有何變化?e增加時(shí),條紋向外移,條紋從中央“冒”出(30)思考:移動(dòng)一個(gè)條紋,薄膜厚度e改變多少?設(shè)觀察中心處(i=0),k和k+1級(jí)對(duì)應(yīng)厚度為ek和ek＋1空氣膜:1)i越大?越小所以越向外,條紋級(jí)次k越小;中心處級(jí)次最大。e減少時(shí),條紋向里移,條紋從中央“縮”進(jìn)介質(zhì)膜:討論:,e3.透射光的干涉1光束:ACD2光束:ACBE各級(jí)明紋為彩色條紋;對(duì)同級(jí)而言,紅色在內(nèi)紫色在外。n1,n2,e保持不變時(shí),k相同,?越大,i越小,3)白色光入射:(31)D'1、2兩束光的光程差:iABCED,討論:透射光也是一組明暗相間的圓形等傾條紋對(duì)應(yīng)某入射角i:反射光明暗條紋與透射光的互補(bǔ)(32)4.應(yīng)用:鍍?cè)鐾?反)膜k=1,2,......明k=0,1,2,......暗,例4:黃光?=600nm垂直照射在平行平面肥皂膜上(n2=1.33)如反射光恰好是第一級(jí)明紋,求肥皂膜的厚度e?黃光在肥皂膜內(nèi)的波長(zhǎng)是多少？解:1)垂直入射i=0º,n1=1,n2=1.33,k=12)(33)n1n2,例5:有一層折射率為1.30的薄油膜,當(dāng)觀察方向與膜面法線方向夾角成30º時(shí)可看到從膜面反射來(lái)的光波長(zhǎng)為5000Å問(wèn)1)油膜最薄厚度為多少?2)如從膜面法線方向觀察反射光波長(zhǎng)為多少?解:1)k=1,2,......明最薄厚度,取k=1;i=30º2)i=0k=1(34)=1041.6[Å]??5416Å,例6:透鏡(n3=1.5)表面涂有增透膜(MgF2:n2=1.38)為了讓人眼最敏感的黃綠光?=550nm盡可能透過(guò),鍍的膜厚度為多少?解一:反射光相消k=0,1,2,......暗i=0k=0,1,2,.....(35)(有兩次半波損失),k=1,2,......k=1,2,......(36)解二:透射光加強(qiáng)(有一次半波損失),(37)6.3.2等厚干涉(interferenceofequalthickness)透鏡Ls分光板M劈尖薄膜讀數(shù)顯微鏡T?上表面附近1.觀察劈尖等厚干涉條紋裝置肥皂膜上彩色條紋,2.干涉條紋分析(38)k=1,2,3,...明紋中心k=0,1,2,...暗紋中心?'=?/2or0,由周?chē)慕橘|(zhì)折射率決定。在正入射(即垂直入射)時(shí),3)相鄰明(暗)紋對(duì)應(yīng)的厚度之差?e(39)?e=ek+1–ek(1)2nek+1+?'=(k+1)?(2)2nek+?'=k?(3)由上面三式解得:(空氣劈)(介質(zhì)劈)2)棱邊:e=0,?'=?/2是暗紋;?'=0是明紋1)劈尖上厚度e相等處，上、下表面反射光的光程差?相等,這些?相等的點(diǎn)構(gòu)成同一級(jí)干涉條紋,故稱(chēng)為等厚條紋(equalthicknessfringes)。討論:?eek+1ekNML?,4)相鄰明(暗)紋之間距離L:a)L與k無(wú)關(guān),所以是等寬等間距明暗相間平行條紋b)?相同,?大則L小(條紋密)(40)(空氣劈)(介質(zhì)劈)2)?變大(小)條紋如何變?1)上玻璃片向上(下)平移,條紋如何變化?思考:?eek+1ekNML?,每一條紋對(duì)應(yīng)劈尖內(nèi)的一個(gè)厚度，當(dāng)此厚度位置改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的條紋隨之移動(dòng).干涉條紋的移動(dòng)(41),3.應(yīng)用▲測(cè)折射率:已知?、?,測(cè)L可得n▲測(cè)細(xì)小直徑、厚度、微小變化:1)精確測(cè)量:?h待測(cè)塊規(guī)?標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)平晶(42)▲測(cè)波長(zhǎng):已知?、n,測(cè)L可得?,待測(cè)樣品石英環(huán)?平晶干涉膨脹儀待測(cè)樣品受熱膨脹,條紋向右移;如移過(guò)N個(gè)條紋,樣品伸長(zhǎng)多少?2)檢驗(yàn)光學(xué)玻璃質(zhì)量等厚條紋待測(cè)工件平晶待測(cè)工件表面有什么缺陷?待測(cè)工件上表面中間有一條凸起線;最多凸了多少?(43)ke厚度相等,例6:透鏡(n3=1.5)表面涂有增透膜(MgF2:n2=1.38)為了讓人眼最敏感的黃綠光?=550nm盡可能透過(guò),鍍的膜厚度為多少?解一:反射光相消k=0,1,2,......暗k=0,1,2,.....(44)(有兩次半波損失),k=1,2,......k=1,2,......(45)解二:透射光加強(qiáng)(有一次半波損失),解:(1)(2)(46)的鈉光垂直照射玻璃劈,測(cè)得相鄰暗紋之間距離為L(zhǎng)=0.25cm求劈角?例7:測(cè)微小角度:玻璃劈,折射率n=1.52,?=5893Ån=1.52,解:硅k=0,1,2,...明紋取k=4二次半波損失,所以光程差中無(wú)?/2,底邊(e=0)為明紋.(47)思考:如n1>n2>n3如何求解?如n1n3如何求解?例8:硅(半導(dǎo)體元件),表面有一層氧化硅(n2=1.5),測(cè)其厚度e,削成斜面,用鈉光燈(?=5893Å)垂直照射看到5個(gè)條紋,求:e=?e=0.78[?m],解:1)(48)設(shè)第k條明紋對(duì)應(yīng)的空氣厚度為ek例9:兩平板玻璃之間形成一個(gè)?=10-4rad的空氣劈尖,若用?=600nm的單色光垂直照射。求:1)第15條明紋距劈尖棱邊的距離;2)若劈尖充以液體(n=1.28)后,第15條明紋移動(dòng)了多少?Lk?ek,2)第15條明紋向棱邊方向移動(dòng)(為什么?)設(shè)第15條明紋距棱邊的距離為L(zhǎng)15',所對(duì)應(yīng)的液體厚度為e15'(49)因空氣中第15條明紋對(duì)應(yīng)的光程差等于液體中第15條明紋對(duì)應(yīng)的光程差,有Lk?ekLk??ek?,6.3.3牛頓環(huán)(Newtonrings)讀數(shù)顯微鏡平凸透鏡平晶s分光板Mo1.觀察牛頓環(huán)裝置R－平凸透鏡半徑o－平凸透鏡與平晶的接觸點(diǎn)(50)e相當(dāng)于劈尖干涉,e2.干涉條紋分析空氣劈:k=1,2,3,......明紋中心k=0,1,2,......暗紋中心(51),3.牛頓環(huán)干涉條紋的分布特點(diǎn)e=r2/2R代入明(暗)紋式中化簡(jiǎn)得:k=1,2,3,......明紋中心k=0,1,2,......暗紋中心Rreo(52)1)中心接觸點(diǎn):e=0,?'=?/2是暗紋;2)明暗紋位置(環(huán)半徑)牛頓環(huán)是同心圓環(huán),條紋從里向外逐漸變密,中心干涉級(jí)次最低。,4.應(yīng)用:實(shí)用的觀測(cè)公式:▲測(cè)透鏡球面半徑R:已知?,測(cè)出m,rk+m,rk,可得R▲測(cè)?:已知R,測(cè)出m,rk+m,rk,可得?▲檢測(cè)透鏡球表面質(zhì)量若條紋如圖,說(shuō)明待測(cè)透鏡球B表面不規(guī)則,曲率半徑有誤差k=0,1,2,...暗紋一圈暗條紋表示曲率半徑有?/2誤差。(53)ABC輕壓ABC輕壓,上次課主要內(nèi)容等厚干涉1、劈尖干涉2、牛頓環(huán)k=1,2,3,...明紋中心k=0,1,2,...暗紋中心Rreok=1,2,3,......明紋中心k=0,1,2,......暗紋中心,條紋移動(dòng)問(wèn)題k=1,2,3,...明紋中心本質(zhì)是變化了光程差，光程差改變一個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，視場(chǎng)中移動(dòng)一個(gè)條紋。光程差增加，條紋向級(jí)數(shù)低的方向移動(dòng)；光程差減小，條紋向著級(jí)數(shù)高的方向移動(dòng)。k=0,1,2,...明紋中心楊氏雙縫：等厚干涉：03.5P(-3.5),(54)解:(1)第k條明環(huán)半徑為有8條明環(huán)最中間為平移前的第5條RrO例10:如圖為觀察牛頓環(huán)的裝置,平凸透鏡的半徑為R=1m的球面;用波長(zhǎng)?=500nm的單色光垂直照射。求(1)在牛頓環(huán)半徑rm=2mm范圍內(nèi)能見(jiàn)多少明環(huán)?(2)若將平凸透鏡向上平移e0=1?m最靠近中心O處的明環(huán)是平移前的第幾條明環(huán)?(2)向上平移后,光程差改變2ne0,而光程差改變?時(shí),明條紋往里“縮進(jìn)”一條,共“縮進(jìn)”條紋:,6.3.4邁克爾遜干涉儀(Michelsoninterferometer)1.邁克爾遜干涉儀構(gòu)造M1M2G1G2SE半透半反膜G1:分光板,G2:補(bǔ)償板M1:平面鏡(可動(dòng)),M2:平面鏡(不動(dòng))12Michelson干涉儀產(chǎn)生的背景:尋找以太(ether)(55),2.Michelson干涉儀的干涉條紋分析若用面光源,須加一透鏡L在焦平面E上可見(jiàn)到干涉條紋。1)若M1與M2'平行等傾條紋(56)M1M2G1G2SM2'(M2的虛像)EfL若條紋從中央冒出來(lái)(或縮進(jìn)去)N個(gè)條紋時(shí),M1平移的距離為虛空氣膜,讀數(shù)顯微鏡2)若M1與M2'有微小夾角等厚條紋M1M2'M2G1G2SM1平移,則干涉條紋移動(dòng),若M1平移?d時(shí),干涉條紋移過(guò)N條,則:虛空氣劈尖(57),3.應(yīng)用1)測(cè)光譜線的波長(zhǎng),譜線寬度,精細(xì)結(jié)構(gòu)2)校準(zhǔn)長(zhǎng)度,測(cè)微小角度和微小位移,測(cè)折射率3)標(biāo)準(zhǔn)米的長(zhǎng)度:已知氪86(86Kr)波長(zhǎng)?=6057.802105ÅM1鏡移動(dòng)的距離使得干涉圓環(huán)“冒出”或“吞進(jìn)”N=3301527.46個(gè)圓環(huán)時(shí)為1m。即：(58),(59)解:設(shè)l為玻璃容器的長(zhǎng)度,用被測(cè)氣體代替空氣后光程差的改變量為2(n－n0)l例11:用鈉光燈(?=589.3nm)作光源,在邁氏干涉儀的一支光路上,放置一長(zhǎng)度為140mm的玻璃容器,當(dāng)以某種氣體充入容器時(shí),觀察干涉條紋移動(dòng)了180條求:該種氣體的折射率n=?(空氣的n0=1.000276)12M1M?2M2G1G2SE半透半反膜,1.了解原子發(fā)光的特點(diǎn),理解相干光的條件和獲得相干光的兩類(lèi)方法(分波陣面法和分振幅法)。2.理解光程的物理意義,熟練掌握光程、光程差的計(jì)算和光程差與干涉條紋的關(guān)系,掌握半波損失,知道透鏡不產(chǎn)生附加的光程差。3.熟練掌握楊氏干涉實(shí)驗(yàn)、干涉條紋的分布規(guī)律及相關(guān)的計(jì)算。4.掌握薄膜等厚干涉條紋的主要規(guī)律;熟練掌握劈尖、牛頓環(huán)、平行膜的計(jì)算。5.掌握邁克耳遜干涉儀的構(gòu)造和原理。(60)光的干涉教學(xué)要求,光的干涉現(xiàn)象相干條件:1)振動(dòng)頻率相同2)振動(dòng)方向相同3)相位差恒定相位差與光程差關(guān)系:??=2??/???=2k?,明紋??=(2k+1)?,暗紋獲得相干光的方法分波振面法分波振幅法楊氏干涉勞埃德鏡明:暗:薄膜等厚干涉,i相同e不同(垂直入射,i=0)?=2ne+?'薄膜的等傾干涉,e相同,i不同邁克爾遜干涉儀劈尖(i=0):牛頓環(huán)(i=0):明:暗:,作業(yè):P265-2686-1、6-2、6-4、6-56-8、6-11、6-12、6-13、6-14、6-15、6-20、6-21、6-24、6-27、6-28