大学物理波动光学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,物理教研室 陈亮,*,物理学,波动光学,1,杨氏双缝干涉、薄膜干涉,夫琅和费单缝衍射、光栅衍射,偏振、旋光,半波损失、光程、自然光、偏振光,本章要点,2,11.1,光的干涉,光是一种电磁波,平面电磁波方程,可见光的范围,光矢量,用 矢量表示光矢量,它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用,.,电磁波是横波,3,P,2,1,相干光,普通光源发光,特点,：,1,、原子发光是断续的,2,、振动方向不同,3,、振动频率不同,普通光源的发光机制,原子能级及发光跃迁,基态,激发态,跃迁,自发辐射,4,p,杨氏双缝干涉实验,5,暗纹,明纹,明暗条纹的位置,条纹位置与波长的关系,：,6,条纹间距（宽度）：,单色光各级明、暗条纹宽度相同，,不同波长的光条纹宽度不同。,条纹亮度：,各级明条纹亮度相同。,7,洛埃镜实验,P,M,L,半波损失,：,光从光疏媒质（,n,较小,）射向光密媒质（,n,较大,）时，,反射光,的相位较之入射光的相位跃变了 ，相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为,半波损失,。,折射光没有半波损失,。,8,光程,同一束光在不同的介质中频率不变。,9,光程：,nr,光程差：,=n,2,r,2,-n,1,r,1,本质：把光在媒质中的传播折算成在真空中的传播。,相干光产生明、暗条纹的条件：,例,1,：例,11-1,10,薄膜干涉,当 时,考虑半波损失时，附加光程差取 均可，符号不同，取值不同，对问题实质无影响,.,注意,11,例,2,：例,11-2,增透膜,2,3,玻璃,12,11.2,光的衍射,衍射现象：,只有当波长与障碍物的线度可比拟 时，才能观察到明显的衍射现象。,惠更斯,-,菲涅尔原理,子波干涉,夫琅和费单缝衍射：,光源、单缝、屏幕距离无穷远,缝宽,a,、波长,、焦距,f,、衍射角,13,衍射角,对称轴上为中央明条纹,P,点的干涉结果由,A,、,B,的光程差,BC=aSin,决定,14,AB,分割为两个半波带,：,半波带法,半波带,：,BC,上半个波长,在,AB,上对应的部分。,AB,分割为三个半波带,：,剩下一个半波带无法抵消，所以,P,点为,明条纹,。,对应点的光程差为,/2,，所以互相抵消，,P,点为,暗条纹,。,15,单缝衍射明、暗条纹的条件：,各级明条纹亮度,16,光栅衍射,由许多,等宽度,、,等距离,的狭缝排列起来形成的光学元件,.,衍射角,17,狭缝宽度：,a,刻痕宽度：,b,光栅常数,：,d=a+b,光栅衍射,=,单缝衍涉,+,多缝干涉,光栅公式,（明条纹）,（,a+b,）,Sin=k (k=0,，,1,，,2,，,3),缺级现象,单缝衍射为暗条纹时，即,aSin=k,时，干涉出现缺级。,即,（,a+b,）,/a,为整数时，发生缺级,。,光栅衍射光谱,例,3,：例,11-4,18,光的,波动性,干涉、衍射。,光波是,横波,偏振、旋光。,机械横波与纵波的区别,机械波穿过狭缝,11.3,光的偏振,19,自然光 偏振光,自然光,：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（轴对称）这样的光叫自然光。,自然光以两互相,垂直,的、互为,独立,的、,振幅相等,的光振动表示,并各具有,一半,的振动能量,。,符号表示,注意,各光矢量间无固定的相位关系。,二,互相,垂直方向是任选的,。,20,完全,偏振光,（,线偏振光,）：,符号表示,部分偏振光,：,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。,符号表示,光振动只沿某一固定方向的光。,振动面,21,起 偏,偏振片 起偏与检偏,二向色性,:,某些物质能吸收某一方向的光振动,而只让与这个方向垂直的光振动通过。,偏振片,：,涂有二向色性材料的透明薄片。,偏振化方向,：,偏振片中能让光振动通过的某一,特定方向。,偏振化方向,起偏器,22,检偏器,检 偏,起偏器,23,马吕斯定律,N,M,检偏器,起偏器,N,M,24,例,4,有两个偏振片,一个用作起偏器,一个用作检偏器,.,当它们偏振化方向间的夹角为 时,一束单色自然光穿过它们,出射光强为,;,当它们偏振化方向间的夹角为 时,另一束单色自然光穿过它们,出射光强为,且,.,求两束单色自然光的强度之比,.,解：,设两束单色自然光的强度分别为 和,.,经过起偏器后光强分别为 和,.,经过检偏器后,25,立体电影原理,26,27,28,旋光现象,振动面发生旋转,迎着出射光观察：,右旋,：,顺时针,左旋,：,逆时针,对旋光物质：,=d,d,：,单位为分米,：,旋光率,对旋光溶液：,=cd,c:,浓度 单位为克,/,厘米,3,：,比旋率（度）,与物质性质、光波波长及溶液温度有关,旋光计,29,11.4,光的吸收,朗伯定律,：吸收系数,朗伯,-,比尔定律,对溶液：,30,令,透射比,吸收度,消光系数,比色计 分光光度计,光谱分析,31,干涉：,杨氏双缝干涉,薄膜干涉,、半波损失、,光程,衍射：夫琅和费单缝衍射,光栅公式、半波带、缺级、色散,偏振：,马吕斯定律,、自然光、,偏振光,旋光：左旋、右旋、比旋率,吸收：朗伯,-,比尔定律、吸收度,本章小结,32,11-2,、,11-11,作业,33,E,H,C,电 磁 波,34,400450500550600650760nm,紫 蓝 绿 黄 橙 红,可 见 光 谱,35,条纹位置与波长的关系：,36,光 强 分 布 图,37,圆孔衍射,单缝衍射,*,光的衍射现象,*,38,菲涅尔衍射和夫琅和费衍射,夫 琅 和 费 衍 射,光源、屏与缝相距无限远,缝,在实验中实现,夫琅和费衍射,菲 涅 尔 衍 射,缝,光源、屏与缝相距有限远,39,单缝衍射各级条纹亮度,40,入射光为,白光,时，不同，不同，按波长分开形成,彩色光谱,.,一级光谱,二级光谱,三级光谱,白光的衍射光谱,称为,色散,现象,41,光 谱 分 析,由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光谱，所以由谱线的成分，可分析出发光物质所含的元素或化合物；还可从谱线的强度定量分析出元素的含量,42,连续光谱,固体热辐射,线光谱,原子发光,带光谱,分子发光,按光谱结构分,光 谱 分 类,43,按光谱机制分类,发射光谱,样品光源,分光器,纪录仪,吸收光谱,连续光源,样品,分光器,纪录仪,44,