缺級現(xiàn)象光柵衍射是單縫衍射與多縫干涉合成的結(jié)果第1頁/共49頁11-1光的相干性光程第2頁/共49頁一、光的相干性兩束光頻率相同，振動方向一致，有恒定的相位差.1.產(chǎn)生相干光的條件2.獲得相干光的方法

把由光源上同一點發(fā)的光分成兩部分，然后再使這兩部分疊加起來.分波面法

在同一波面上取兩固定點光源，發(fā)出的光構(gòu)成相干光，這種方法為分波面法.如楊氏雙縫干涉實驗.分振幅法

一束光線經(jīng)過介質(zhì)薄膜的反射與折射，形成的兩束光線為相干光，這種方法為分振幅法.如薄膜干涉、等厚干涉.第3頁/共49頁*S分振幅法*SAB分波陣面法P第4頁/共49頁二、光程和光程差則S1、S2傳到P點的光振動的相位差：

兩相干光波在介質(zhì)中以波長傳播r1r2PS1S2若,1.光程第5頁/共49頁所以介質(zhì)中的波長為由定義光程:介質(zhì)折射率n與光的幾何路程r之積nr.以n表示的折射率且

用介質(zhì)中的波長計算相位差比較麻煩，統(tǒng)一用光在真空中的波長計算相位差可簡化計算.第6頁/共49頁

物理意義：光程是在引起相同相位改變的條件下，與光在折射率為n的介質(zhì)中的幾何路程r相當?shù)耐粏紊庠谡婵罩械膫鞑ヂ烦蘮r.

如果光線穿過多種介質(zhì)時，其光程為r1n1r2n2rinirnnn對應(yīng)的相位改變第7頁/共49頁2.光程差與相位差假設(shè)光在兩種不同介質(zhì)中傳播，則設(shè)光程差為則3.用光程差表示干涉加強和減弱的條件由明紋暗紋第8頁/共49頁

干涉加強

干涉減弱明紋暗紋得第9頁/共49頁11-2分波面干涉預習要點由楊氏雙縫干涉和洛埃鏡實驗裝置領(lǐng)會分波面干涉裝置的基本特征.

如何由光程出發(fā)，對楊氏雙縫干涉條紋分布規(guī)律做定量分析?注意半波損失現(xiàn)象的發(fā)生條件.第10頁/共49頁一、楊氏雙縫干涉光程差

加強減弱DOS1S2Pdr1r2x雙縫屏*第11頁/共49頁（暗紋）（明紋）k=0時,零級明紋位于屏幕中央，而且只有一條.其他各級明紋和暗紋都有兩條，且對稱分布.條紋間距

可以看出相鄰明紋與相鄰暗紋中心的間距都相同，所以條紋明暗相間平行等距.明暗條紋中心的位置第12頁/共49頁二、雙縫干涉光強分布合光強若其中則合振幅由明紋中心處暗紋中心處第13頁/共49頁光強分布曲線入圖

可見，相干疊加使能量的空間分布不均勻，但是總能量守恒.第14頁/共49頁三、洛埃鏡實驗

LPK(平面鏡)**屏移至L處L處的相位差有的突變，稱半波損失.L處似應(yīng)出現(xiàn)明條紋，實際上卻為暗條紋，說明直接射向屏的光與反射光在

一般光從光疏介質(zhì)(光速較大，n較小)正入射或掠入射(入射角為零或接近90。)到光密介質(zhì)(光速較小，n較大)的界面上發(fā)生反射時會發(fā)生相位為的突變，相當于光程增加或減少了半個波長.第15頁/共49頁11-3分振幅干涉第16頁/共49頁一、等厚干涉1.等厚干涉：在同一干涉條紋下薄膜厚度相同.①②

如圖：單色光在厚度不均勻的上下兩個表面形成①、②兩束反射光。當單色光垂直射入薄膜表面時，①和②近乎平行,在A處相遇，e為該處薄膜的厚度,則光程差為上下表面都存在或都不存在半波損失兩反射光之一存在半波損失A薄膜第17頁/共49頁G1G2空氣二、劈尖

用單色平行光垂直照射兩玻璃片G1和G2間的空氣劈尖，形成干涉條紋為平行于劈棱的一系列等厚干涉條紋.①②

如圖：光從劈尖中空氣入射到玻璃片G2表面時有半波損失，因此玻璃片G1玻璃片G2空氣劈尖第18頁/共49頁明紋暗紋1.條紋位置2.相鄰明紋（暗紋）間的厚度差第19頁/共49頁3.條紋間距（明紋或暗紋）

越小，條紋越疏，反之越密.過大，條紋將密集，難以區(qū)分.第20頁/共49頁4.條紋移動

膜上某處光程差改變一個波長，該處將移過一條條紋，如某處移過m條條紋，則該處膜厚改變量條紋向棱邊方向移動，膜厚增加；反之膜厚減少.第21頁/共49頁

劈尖干涉的應(yīng)用

測量微小物體的厚度

將微小物體夾在兩薄玻璃片間，形成劈尖，用單色平行光照射.由有

檢驗光學元件表面的平整度

由于同一條紋下的空氣薄膜厚度相同，當待測平面上出現(xiàn)溝槽時條紋彎曲.

劈尖干涉的應(yīng)用第22頁/共49頁三、牛頓環(huán)

將一塊半徑很大的平凸鏡與一塊平板玻璃疊放在一起，用單色平行光垂直照射，由平凸鏡下表面和平板玻璃上表面兩束反射光干涉，產(chǎn)生牛頓環(huán)干涉條紋.①②由于①、②兩束反射光的光程差附加項.平板玻璃面上反射光有半波損失,第23頁/共49頁加強減弱1.與的關(guān)系討論第24頁/共49頁2.牛頓環(huán)半徑明環(huán)由暗環(huán)由r=0的地方，是零級暗紋.若兩玻璃之間為空氣時，n2=1第25頁/共49頁11-4光的衍射第26頁/共49頁一、光的衍射現(xiàn)象

光在傳播過程中遇到障礙物，光波會繞過障礙物繼續(xù)傳播，如果波長與障礙物相當，衍射現(xiàn)象最明顯.

衍射現(xiàn)象的特點：1.光的衍射是在一定條件下產(chǎn)生的光偏離直線傳播并且光能在空間不均勻分布的現(xiàn)象.2.光束在什么地方受到限制，衍射圖樣就在什么方向鋪展，且限制愈甚，鋪展愈甚，即衍射效應(yīng)愈強.第27頁/共49頁二、惠更斯-費涅耳原理

惠更斯原理----波在介質(zhì)中傳播到的各點，都可看成新的子波源.

惠更斯原理只能解釋波的衍射，不能給出波的強度.

菲涅耳原理----波傳播到某一點的光強為各個子波在觀察點的干涉疊加.

菲涅耳在惠更斯原理基礎(chǔ)上加以補充，提出子波相干疊加的概念.

波在前進過程中引起前方某點的總振動為面S上各面元dS所產(chǎn)生子波在P點引起分振動的總和.第28頁/共49頁三、夫瑯禾費單縫衍射在屏幕上某點P距屏幕中心O點為x，對應(yīng)該點的衍射角(衍射線與縫平面法線的夾角)為，AB間兩條光線的光程差為.

P點的光強是單縫處各面元上平行光的疊加.光源、屏與縫相距無限遠，平行光的衍射.第29頁/共49頁用/2分割，過等分點作BC

的平行線，等分點將單縫（即AB波面）分割成數(shù)個半波帶.

相鄰兩波帶的對應(yīng)點上發(fā)出的子波在P點的相位差為，即相鄰半波帶上對應(yīng)點光程相差半個波長，所產(chǎn)生的光振動完全抵消.分割成半波帶有三種情況：（1）可分為偶數(shù)個半波帶；（2）可分為奇數(shù)個半波帶；（3）不能分為整數(shù)個半波帶.1.半波帶分析法第30頁/共49頁暗紋明紋

在P點形成明紋還是暗紋決定于能將BC分成奇數(shù)個半波帶還是偶數(shù)個半波帶,即由衍射角的大小決定.零級明紋

不能分為整數(shù)個半波帶P處光強將會介于相鄰的極大和極小之間.2.光強分布

由中央到兩側(cè),光強迅速下降,中央明條紋集中了絕大部分光能,這是因為k越大,縫被分成的半波帶越多,而未被抵消的波帶面積越小的緣故.第31頁/共49頁10.0470.0173.條紋的角寬度（條紋對透鏡L光心所張的角度）中央明紋的角的寬度第32頁/共49頁1.縫寬對衍射圖樣的影響

縫越窄，衍射就越顯著；縫越寬，衍射就越不明顯.當縫寬時，各級衍射條紋向中間靠攏，密集得無法分辨，只顯出單一的明條紋.即光的直線傳播現(xiàn)象是衍射現(xiàn)象的極限情形.2.波長對條紋的影響

當縫寬不變時,各級條紋的角位置和角寬度因波長而異.如果用白光入射,中央明條紋仍為白色,但由中央至兩側(cè)的其他各級明紋會因波長不同位置相互錯開而呈紫到紅的彩色衍射圖樣,即衍射光譜.討論第33頁/共49頁11-5衍射光柵第34頁/共49頁一、光柵衍射條紋的形成和特點

大量等寬等間距的平行狹縫(或反射面)構(gòu)成的光學元件.2.光柵常數(shù)

透光縫寬度a,不透光縫寬度b,光柵常數(shù):1.光柵各單縫分別同時產(chǎn)生單縫衍射.單獨開放任一縫時，屏上的光強分布即衍射圖樣不變.各單縫衍射的平行光產(chǎn)生多光干涉.3.衍射條紋的形成第35頁/共49頁光柵的衍射條紋是衍射和干涉的總效果.I1245-1-2-4-50

圖中虛線與單縫衍射光強分布相似，實線表示實際光強分布.各縫衍射光線相干使原單縫兩相鄰極小之間又分裂出若干干涉的極大和極小，而這些極大值光強受到單縫衍射光強分布的調(diào)制，因此實際的光強分布體現(xiàn)了單縫衍射和多縫干涉的綜合效應(yīng).第36頁/共49頁

兩兩相鄰光線的光程差都相同.如果在某個方向上，相鄰兩光線光程差為k，則所有光線在該方向上都滿足加強條件.4.光柵方程明紋(主極大)光柵中狹縫條數(shù)越多，明紋越亮.第37頁/共49頁*二、缺級現(xiàn)象1.光柵衍射是單縫衍射與多縫干涉合成的結(jié)果，光柵中各主極大受到單縫衍射光強的調(diào)制.2.當光柵明紋處恰滿足單縫衍射暗紋條件，該處光強為0，出現(xiàn)缺級.0I單-2-112I048-4-8單縫衍射輪廓線光柵衍射光強曲線3.缺級條件由第38頁/共49頁m為整數(shù)時，光柵譜線中m、2m、3m等處缺級.得第39頁/共49頁*三、X射線的衍射X射線是波長很短的穿透力很強的電磁波.1912年德國慕尼黑大學的實驗物理學教授馮?勞厄用晶體中的衍射拍攝出X射線衍射照片.散射波入射波

相鄰兩個晶面反射的兩X射線干涉加強的條件稱為布拉格公式.,掠射角晶格常數(shù)第40頁/共49頁11-6光的偏振第41頁/共49頁一、自然光與偏振光1.光波的特點

每個光矢量可分解為兩等幅的相互垂直的振動.由于光源發(fā)光是由大量原子發(fā)光組成，每個原子發(fā)光的振動方向都是隨機的，和在各方向的振動都存在.平均看來，在垂直于傳播方向平面內(nèi)各方向振動概率相等，振動能量也均勻分布在各振動方向上，稱為自然光，不具有偏振性，光波中引起人的視覺的只有振動，為光矢量.第42頁/共49頁

光振動可用交替配置的點和短線表示.點表示垂直于紙面的光振動，短線表示紙面內(nèi)的光振動.2.偏振光--線偏振光振動方向在紙面內(nèi)的線偏振光振動方向垂直紙面的線偏振光

在垂直于其傳播方向的平面內(nèi)，光矢量只沿著某個確定的方向振動，這種光是一種完全偏振光，叫線偏振光.3.部分偏振光在紙面內(nèi)振動較強的部分偏振光垂直紙面振動較強的部分偏振光

如果在垂直于其傳播方向的平面內(nèi)，光矢量在某一方向的振動比與之垂直方向上的振動占優(yōu)勢的光為部分偏振光.第43頁/共49頁二、起偏與檢偏

某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動,而只讓與這個方向垂直的光振動通過,形成偏振光,這種性質(zhì)稱二向色性.1.二向色性2.偏振片和起偏器

涂有二向色性材料的透明薄片.偏