1、 本着本着“给学生一杯水，教师要有一桶给学生一杯水，教师要有一桶水的水的”的理念，讲者在讲授过程中参考了的理念，讲者在讲授过程中参考了大量的学习资料。在这里一并向他们表示大量的学习资料。在这里一并向他们表示敬意和感谢！敬意和感谢！1复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH 波 动 光 学波 动 光 学2复复旦旦大大学学 理理学学院院 CXH光光 学学 几何光学：反射，折射，成像几何光学：反射，折射，成像量子光学量子光学:研究光子与物质的相互作用研究光子与物质的相互作用波动光学波动光学:干涉，衍射，偏振干涉，衍射，偏振3复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH第一讲第一讲 光源光源 光的相干性光的相
2、干性 光程差光程差一、光源及发光特点一、光源及发光特点二、光的相干性二、光的相干性三、光程三、光程 光程差与相干光强光程差与相干光强4复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH5复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH引起视觉和化学效应的是电磁波中的电场强度矢量引起视觉和化学效应的是电磁波中的电场强度矢量 光矢量光矢量横波横波Visible light:400nm760nm20EI 0EEcostkx 一、光源及发光特点一、光源及发光特点HEV1、可见光是电磁波、可见光是电磁波6复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH=(E2-E1)/hE1E2波列波列波列长波列长L=c(10-8 s)2、普通光源发
3、光机理及特点、普通光源发光机理及特点发光机理：自发辐射发光机理：自发辐射原子发出的是一段频率一定、振动方向一定、有限长的波列原子发出的是一段频率一定、振动方向一定、有限长的波列7复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH光源中各原子所发光波列彼此之间没有频率、相位间的关联光源中各原子所发光波列彼此之间没有频率、相位间的关联 1、两列光波相遇时发生干涉的必要条件：、两列光波相遇时发生干涉的必要条件：此外，还要满足此外，还要满足空间相干性空间相干性 和和 时间相干性。时间相干性。二、光的相干性二、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+相位差恒定相位差恒定8复旦大学复旦大学 理学院理学院
4、 CXH薄膜薄膜2、由普通光源获得相干光的方法、由普通光源获得相干光的方法pS*分波面法分波面法12分振幅法分振幅法pS S*12相遇在相遇在P点两束光会发生怎样的现象呢？点两束光会发生怎样的现象呢？两两 相相 干干 光光 源源 的的 初初 相相 位位 及及 频频 率率 相相 同同9复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH光波阵面上每一点都可以看作新的子波源，这些子波光波阵面上每一点都可以看作新的子波源，这些子波是相干波是相干波明暗区域的形成是由于相遇的光产生了相干叠加明暗区域的形成是由于相遇的光产生了相干叠加3、惠更斯、惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理10复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH222
5、0102010202EEEEEcos P12r1r21212 2 cos IIII I 11 011EEc o stk r 22 022EEc o stkr 4、两列相干光相遇处的光强、两列相干光相遇处的光强11复旦大学复旦大学 理学院 CXH完全完全相干光源相干光源 coscos形成形成稳定的明暗相间稳定的明暗相间的光强分布图样的光强分布图样abndv媒质媒质cnddv物理意义物理意义1、光程：光在介质中走过的路程与这种、光程：光在介质中走过的路程与这种 介质的折射率乘积介质的折射率乘积=dctclv真真 空空三、光程三、光程 光程差与相干光强光程差与相干光强 将光在不同煤质中走过的路程折算
6、到在真空中的将光在不同煤质中走过的路程折算到在真空中的路程便于加以比较路程便于加以比较 nd12复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH2、光程差、光程差:相遇的两列光的光程差相遇的两列光的光程差 2121rr-2()Cr1r2n1n22 真真 空空 cos 21212IIIII 221 122112n rn r()nn airn rn r 22112()2 13复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH0minI22k 212(k)04 IImax k=0,1,2,3,相干加强相干加强 3、光程差与光强光程差与光强相干相消相干相消 cos IIIII21212021IIIcosI120214复旦大
7、学复旦大学 理学院理学院 CXH第二讲第二讲 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 劳埃德镜劳埃德镜 15复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH第二讲第二讲 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 劳埃德镜劳埃德镜 一、杨氏双缝干涉一、杨氏双缝干涉 二、劳埃德镜二、劳埃德镜 半波损失半波损失16复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH一、杨氏双缝干涉一、杨氏双缝干涉 双缝双缝观察屏观察屏单色光单色光1、装置图及现象、装置图及现象 Dd屏中心屏中心17复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH21rr p r1r2 xxDdoD d 2、光程差的计算、光程差的计算d sind tg xdDxI18复旦大学复旦大学 理学院理学院
8、 CXH kDxk,d 明明21 2k Dx(k )d 暗暗3 3、光程差与屏上条纹的位置、光程差与屏上条纹的位置Dxd ,k 明xdD 212(k ),暗暗2,1,0k条纹间距：屏上相邻两明纹，条纹间距：屏上相邻两明纹，或者相邻两个暗纹的间距或者相邻两个暗纹的间距x0 xI x x m暗暗 x m明明 x m暗暗 x m明明屏中心屏中心19复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXHS1s2sdxD1r2r kBDxkd 4 4、白光作为入射光、白光作为入射光明条纹有色散明条纹有色散,内紫内紫,外红外红20复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH例题例题：以单色光照射到相距为以单色光照射到相距为0.
9、2 mm的双缝上，双缝与屏幕的的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为垂直距离为1 1m。(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为为7.5 mm，求单色光的波长；，求单色光的波长；(2)若入射光的波长为若入射光的波长为600 nm,中中央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？解：解：(1)(2)012kDxk,k,d 1 44141Dxxxkkd，500 nm1 5 mm2Dx.d21复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH),(neAnd N=4N 1 nNe14 n nm4000解：在这个过程中光程改变解：在
10、这个过程中光程改变ene xO例题例题：杨氏双缝实验中，入射光的波长为：杨氏双缝实验中，入射光的波长为500nm。当用一个折射。当用一个折射率为率为1.5的玻璃片遮住双缝中的一个缝时，原来的中央明纹移动到的玻璃片遮住双缝中的一个缝时，原来的中央明纹移动到了第四级明纹处。求玻璃的厚度。了第四级明纹处。求玻璃的厚度。22复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH例题例题：用白光作光源观察杨氏双缝干涉，设缝间距为：用白光作光源观察杨氏双缝干涉，设缝间距为 d，缝面，缝面与屏距为与屏距为D，试求能观察到的清晰可见的光谱级次。，试求能观察到的清晰可见的光谱级次。解：白光波长在解：白光波长在400760nm,
11、双缝干涉明纹条件为：双缝干涉明纹条件为：)1(kkxx紫红紫红)1(kk1.1400760400 紫红紫 k只能清晰看到一级光谱。只能清晰看到一级光谱。dDkxkB 23复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH接触处接触处,屏上屏上L点出现暗条纹点出现暗条纹-说明说明在掠入射（入射角在掠入射（入射角90）情况下，反射光与入射光在反射点上相消）情况下，反射光与入射光在反射点上相消相位突变相位突变 二、劳埃德镜二、劳埃德镜 半波损失半波损失1sPM2sdD1 1、劳埃德镜、劳埃德镜PL+2xdD 24复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH（1）如果光）如果光从光疏介质入射到光密从光疏介质入射到光密介
12、质，则反射光介质，则反射光有有半波损失。半波损失。实验表明：实验表明：在正入射和一般斜入射情况下：在正入射和一般斜入射情况下：（2）如果光）如果光从光密介质入射到光疏从光密介质入射到光疏介质，则反射光介质，则反射光无无半波损失。半波损失。在掠入射情况下：在掠入射情况下：无论从光疏介质到光密介质，还是从光密介无论从光疏介质到光密介质，还是从光密介质到光疏介质，反射光都有半波损失。质到光疏介质，反射光都有半波损失。在任何情况下：在任何情况下：透射光都不发生半波损失。透射光都不发生半波损失。2 2、半波损失、半波损失25复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH第三讲第三讲 薄膜干涉薄膜干涉-等倾干涉等
13、倾干涉 26复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH第三讲第三讲 薄膜干涉薄膜干涉-等倾干涉等倾干涉 一、厚度均匀薄膜的光程差一、厚度均匀薄膜的光程差二、等倾干涉二、等倾干涉三、等倾干涉的应用三、等倾干涉的应用27复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH一、厚度均匀薄膜的光程差一、厚度均匀薄膜的光程差P1n1n2neLiC34E5A1B228复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXHP1n1n2neLiDC34E5A1B23 221n(ABBC)n AD，ABBCe cos 22+2n e cos 21 nn设设：2ADAC sin iACe tan 12n sin in sin 21=2-22n e
14、cos n e sin itg 22222122ennsini 2,3两列反两列反射光的光程差：射光的光程差：29复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH1、等倾干涉、等倾干涉2)12(k相干相消相干相消),2,1,0(k2223 22122,ennsini 4,5 两列两列透射光也能形成干涉透射光也能形成干涉二、等倾干涉二、等倾干涉k),2,1(k相干加强相干加强光线光线2 2、3 3在在P P点的光程差决定于光线的倾角点的光程差决定于光线的倾角-入射角入射角 i4530复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH22223 2122,enn sin i 以同一入射角入射，被膜上、下表面反射后经透镜
15、会聚在光以同一入射角入射，被膜上、下表面反射后经透镜会聚在光屏上屏上形成一个圆。形成一个圆。2 2、等倾条纹、等倾条纹:2)12(k相干相消相干相消),2,1,0(kk),2,1(k相干加强相干加强是一系列明暗相间的同心圆环是一系列明暗相间的同心圆环31复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH等倾条纹的特点：等倾条纹的特点：条纹的级次是内高外低条纹的级次是内高外低条纹的分布是内稀外密条纹的分布是内稀外密 3 3、等倾干涉条纹特点、等倾干涉条纹特点利用两块可移动玻璃板所夹空气薄层的等倾干涉测量微小位移利用两块可移动玻璃板所夹空气薄层的等倾干涉测量微小位移222212=2ennsinik 32复旦大
16、学复旦大学 理学院理学院 CXH三、等倾干涉的应用三、等倾干涉的应用-增透膜，增反膜增透膜，增反膜0i 光垂直照射空气中厚度均匀的透明介质薄膜光垂直照射空气中厚度均匀的透明介质薄膜22nek,膜膜 ,3,2,1 k22122ne(k),膜膜,2,1,0 k膜使反射光相消膜使反射光相消-增透膜增透膜 ：膜使反射光加强膜使反射光加强-增反膜增反膜 ：eairairSoap bubble膜膜33复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH例题例题：为使波长为为使波长为550nm550nm的黄绿色光透射增强，反射减弱的黄绿色光透射增强，反射减弱,需需要在像机镜头上镀一层要在像机镜头上镀一层MgFMgF2 2 薄膜薄膜增透膜，增透膜，n=1.38,n=1.38,求求(1).(1).薄膜的最小厚度。薄膜的最小厚度。(2).(2).此增透膜在可见光范围内有没有此增透膜在可见光范围内有没有增反？镜头看起来是什么颜色的？增反？镜头看起来是什么颜色的？11 n5013.n 3812.n e34复旦大学复旦大学 理学院理学院 CXH22n e 1231 nnnnm.nemin699381410550492 (2)