目錄01第一節(jié)

光的干涉02第二節(jié)

光的衍射03第三節(jié)

光的偏振04第四節(jié)

物質的旋光性中國科學技術大學出版社第9章

波動光學0302011.楊氏雙縫干涉、薄膜干涉的基本原理和公式；2.夫瑯禾費單縫衍射、光柵衍射的基本原理和公式。3.光的偏振的概念及馬呂斯定律。光的相干條件及光程和光程差的概念。偏振光的應用。第9章

波動光學掌握熟悉了解學習要求中國科學技術大學出版社第一節(jié)

光的干涉第9章

波動光學中國科學技術大學出版社第9章

波動光學9.1光的干涉中國科學技術大學出版社9.1.1光的相干性普通光源：獨立(不同原子發(fā)的光)··獨立(同一原子先后發(fā)的光)發(fā)光的隨機性發(fā)光的間隙性1分割波振面法楊氏雙縫實驗2分割振幅法薄膜干涉普通光源獲得相干光的方法：光波列頻率、位相、振動方向等具有隨機性。第9章

波動光學9.1.2光程光程差光程：光波在某一介質中所通過的幾何路程r和該介質的折射率n的乘積nr。光程差：光程之差。兩束相干光在不同介質中傳播時，對干涉起決定作用的不是幾何路程和幾何路程差，而是光程和光程差。明暗條紋形成的條件是：明條紋暗條紋中國科學技術大學出版社第9章

波動光學例：從光源S1和S2發(fā)出的同相位的兩束相干光波，在與S1和S2等距離的P點相遇，其中一束光波經過空氣，而另一束光波還經過長度為l、折射率為n的介質，求兩束光波到達P點處的光程差和相位差？解：光程差相位差中國科學技術大學出版社9.1.3楊氏雙縫實驗第9章

波動光學1801年，英國物理學家、醫(yī)生托馬斯?楊（ThomasYong）首次成功地進行了光的干涉實驗。圖9-2楊氏雙縫干涉實驗圖9-3楊氏雙縫干涉條紋中國科學技術大學出版社第9章

波動光學由S1和S2發(fā)出的光波到P點的光程差為兩光波在P點加強，P點處出現明條紋。兩光波在P點消弱，P點處出現暗條紋。中國科學技術大學出版社第9章

波動光學條紋間距條紋特點：①屏幕上出現明暗相間的條紋，且對稱地分布在中央明條紋兩側。②干涉明暗條紋是等間距分布的，要使Δx能夠用眼睛分辨，必須使D足夠大，d足夠小，否則干涉條紋密集，難以分辨。③若d、D值給定，則Δx∝λ，波長越大，條紋間距越大。因此紅光的條紋間距比紫光的大，當用白光入射時，只有中央明條紋是白色的，其他各級明條紋錯開形成由紫到紅的彩色條紋。④若在折射率為n的介質中做楊氏雙縫實驗，例如，在水中，暗條紋間距變?。害=，其中λ0為真空中的光波波長。⑤若光源S上移，則改變了S1與S2光振動的初相位差，這樣使得波程差為0的中央亮條紋位置下移，整個干涉條紋隨之下移。同理，若光源S下移，則整個干涉條紋上移。中國科學技術大學出版社第9章

波動光學例：如圖所示，在楊氏雙縫實驗中，已知雙縫間的距離為0.60mm，縫和屏幕相距1.50m，若測得相鄰明條紋間的距離為1.50mm。（1）求入射光的波長。（2）若以折射率n=1.30，厚度l=0.01mm的透明薄膜遮住其中的一縫，原來的中央明紋處，將變?yōu)榈趲准壝鳁l紋？解：＝6.00×10-7（m）=600（nm）(2)未遮薄膜時，中央明紋處的光程差為δ＝r1-r2=0，遮上薄膜后，光程差為δ＝r1-l+nl-r2=(n-1)l即原來的中央明條紋處將變?yōu)榈?明條紋。設此處為第k級明條紋，則中國科學技術大學出版社9.1.4

洛埃德鏡實驗第9章

波動光學勞埃德（H.Lloyd）于1834年提出了一種更簡單的觀察干涉的洛埃德鏡實驗若把屏幕移到和鏡端相接觸的位置E'L上時，在屏幕和鏡面的接觸處將出現一暗條紋。這表明，直接射到屏幕上的光與由鏡面反射出來的光在L處的相位相反，即相位差為π。由于直接射到屏幕上的光不可能有這個變化，所以只能認為光從空氣射向玻璃發(fā)生反射時，反射光有大小為π的相位突變。突變的相位π相當于增加（或減少）了半個波長的光程差，這個現象稱為半波損失（half-waveloss）。中國科學技術大學出版社第9章

波動光學9.1.5薄膜干涉光波照射到透明薄膜時，在膜的前后兩個表面都會發(fā)生反射。這些反射光波是相干光，在它們相遇時就會產生干涉現象，稱之為薄膜干涉。削弱的條件：加強的條件：中國科學技術大學出版社第9章

波動光學例：照相機的透鏡常鍍上一層透明薄膜（增透膜），目的是利用干涉原理來減少光的反射，使更多的光進入透鏡。常用的鍍膜物質是氟化鎂（MgF2），它的折射率n=1.38。如果要使可見光譜中λ＝550nm的光有最小反射，膜的厚度應是多少？解：假設光線垂直入射（圖中入射角接近于零），由于兩次反射都有半波損失，因此兩反射光波互相削弱的條件是取k=1，得膜的最小厚度為由于被削弱的波長是可見光譜中的黃綠色部分（550nm），其它顏色仍有部分被反射，因此鍍膜后的透鏡表面為青紫色。中國科學技術大學出版社第9章

波動光學薄膜干涉分為兩類：等傾干涉和等厚干涉如果入射光不是垂直入射，那么后表面反射的光波和前表面反射的光波的光程差為（假設置于空氣中）對于厚度均勻的平面薄膜來說，光程差是隨光線的傾角（指入射角i）的改變而改變的。具有相同入射角i的入射光有相同的光程差，它們將形成同一級數的干涉條紋。這種干涉稱為等傾干涉。中國科學技術大學出版社第9章

波動光學9.1.6等厚干涉當平行光垂直地照射到厚度不均勻的薄膜上時，從薄膜的前后表面反射的光的光程差僅與薄膜的厚度有關，厚度相同，光程差相同，干涉條紋的級數也相同，這種干涉稱為等厚干涉。劈尖干涉和牛頓環(huán)就是等厚干涉。中國科學技術大學出版社第9章

波動光學兩束相干的反射光相遇時光程差為明條紋條件暗條紋條件1.劈尖干涉相鄰兩條明條紋或暗條紋在表面上的距離劈尖干涉形成的干涉條紋是等間距的。條紋間距與劈尖角θ有關，θ越大，條紋間距越小，條紋越密。當θ大到一定程度時，條紋就密得無法分開。所以干涉條紋只能在劈尖角度很小時才能觀察到。中國科學技術大學出版社2.牛頓環(huán)第9章

波動光學兩束相干的反射光相遇時光程差為明條紋條件暗條紋條件明環(huán)半徑暗環(huán)半徑中國科學技術大學出版社第二節(jié)

光的衍射第9章

波動光學中國科學技術大學出版社第9章

波動光學9.2光的衍射光波繞過障礙物傳播的現象稱為光的衍射（diffractionoflight）。衍射后所形成的明暗相間的圖樣稱為衍射圖樣。干涉和衍射現象都是波動所固有的特性。根據觀察方式的不同，把光的衍射現象分為兩類：菲涅耳衍射：光源和觀察屏（或二者之一）與障礙物之間的距離是有限的；夫瑯和費衍射：光源和觀察屏與障礙物之間的距離都是無限遠的。中國科學技術大學出版社9.2.1惠更斯－菲涅耳原理第9章

波動光學惠更斯－菲涅耳原理：波在傳播過程中，從同一波陣面上各點發(fā)出的子波，經傳播而在空間某點相遇時，會產生相干疊加。利用惠更斯－菲涅耳原理可以很好地解釋并描述光束通過各種障礙物所產生的衍射現象，比如衍射的分布問題，條紋的強度問題等。中國科學技術大學出版社9.2.2

夫瑯和費單縫衍射第9章

波動光學實驗中觀察光的夫瑯和費衍射時，是借助于兩塊會聚透鏡來實現光源和觀察屏與障礙物之間的距離都是無限遠，一塊放在障礙物前，把點光源發(fā)出的光變成平行光，一塊放在障礙物后，使經過障礙物后的衍射光在透鏡的焦平面上成像。如果S是單色光源，其衍射圖樣是一組與狹縫平行的明暗相間的條紋，正對狹縫的是中央明紋，兩側對稱分布著各級明暗條紋。條紋的分布是不均勻的，中央明紋亮度較大且較寬，其他明紋的光強迅速下降。中國科學技術大學出版社半波帶法第9章

波動光學單縫衍射形成明、暗條紋的條件：k=1，2，3，……

暗紋中心k=1，2，3，……

明紋中心θ＝0中央明紋中心中國科學技術大學出版社第9章

波動光學兩個第一級暗條紋中心間的距離即為中央明紋的寬度。中央明紋的半角寬度：以

f表示透鏡L2的焦距，則屏上中央明紋寬度：屏上各級暗條紋中心與中央明紋中心的距離：中國科學技術大學出版社第9章

波動光學[例9-3]用波長為500nm的單色光垂直照射到寬為0.25mm的單縫上。在單縫后放置一透鏡用以觀察夫瑯和費衍射條紋，屏放在透鏡的焦距f=25cm處。求：（1）屏上第一級暗條紋與中心的距離；（2）中央明條紋的寬度；（3）其他各級明條紋的寬度。解：（1）第一級暗條紋與中心的距離為（2）中央明條紋的寬度為（3）其他各級明條紋的寬度為中國科學技術大學出版社9.2.3

夫瑯和費圓孔衍射第9章

波動光學在夫瑯和費單縫衍射裝置中，如果用一直徑為D的小圓孔代替狹縫，在光屏上就可得到如圖所示的夫瑯和費圓孔衍射的圖樣。圖樣的中央是一明亮的圓斑，周圍是一組明暗相間的同心圓環(huán)，由第一暗環(huán)所包圍的中央亮斑稱為艾里斑（Airydisk）。中國科學技術大學出版社艾里斑的半角寬度：若以

f表示透鏡L2的焦距，艾里斑的半徑：第9章

波動光學物體通過光學儀器成像時，由于光的衍射，點物所成的不是點像，而是有一定大小的艾里斑。因此對相距很近的兩個物點，經同一個透鏡成像后，形成的兩個艾里斑就會互相重疊，以至無法分辨出這兩個物點的像。可見，光的圓孔衍射現象使光學儀器的分辨能力受到了一定的限制。中國科學技術大學出版社9.2.4光柵衍射第9章

波動光學光柵（grating）又稱為衍射光柵，是一種利用衍射原理制成的光學元件。光柵由大量等寬等間距的狹縫組成的?？p的寬度a和兩縫之間不透光的部分的寬度b之和，即

d=a+b稱為光柵常數（gratingconstant），是光柵的重要參數之一。光柵衍射的原理圖中國科學技術大學出版社第9章

波動光學光柵方程式中k表示明條紋的級數，k＝0的明條紋稱為中央零級明條紋，又稱為零級像，k=1，2，……時分別稱為第一級、第二級……明條紋（或像）。只有在滿足光柵方程的那些特殊的方向上，各條縫發(fā)出的光才能彼此加強。因此，光柵各級明條紋細窄而明亮。如果滿足光柵方程的θ角，同時又滿足單縫衍射形成暗紋的條件則在光柵衍射圖樣上就會缺少這一級明條紋，這一現象稱為光柵的缺級現象。所缺的級數k為k'=1，2，3，……例如當d/a=4時，則缺級的級數為±4,±8,……光柵譜線的最高級數Km=d/λ(與sinθ=1對應)。中國科學技術大學出版社第三節(jié)

光的偏振第9章

波動光學中國科學技術大學出版社第9章

波動光學9.3.1自然光和偏振光光矢量：在光波的E矢量和B矢量中，能引起感光作用和生理作用的主要是E矢量，通常把E矢量稱為光矢量。自然光：普通光源發(fā)出的光中，包含有各個方向的光矢量，沒有哪個方向比其他方向更占優(yōu)勢，即在所有可能的方向上，E矢量的振幅都相等，這樣的光稱為自然光。普通光源發(fā)出的光都是自然光。自然光的圖示法由于任何一個方向的振動都可以分解為某兩個相互垂直的方向的振動，因此自然光可以分解為方向垂直、取向任意的兩個偏振光，這兩個偏振光振幅相等，其強度各等于自然光強度的一半。中國科學技術大學出版社第9章

波動光學偏振光：如果在垂直于光波傳播方向的平面內，光矢量只沿一個固定的方向振動，這樣的光稱為線偏振光，也稱為平面偏振光，簡稱為偏振光。部分偏振光：如果偏振光的光矢量在某一個確定方向上最強，或者說有更多的光矢量取向于該方向，這樣的光稱為部分偏振光。偏振光的圖示法部分偏振光的圖示法中國科學技術大學出版社第9章

波動光學9.3.2馬呂斯定律起偏器：能夠把自然光變成偏振光的裝置稱為起偏器。檢偏器：用于檢測光波是否為偏振光并確定偏振光振動方向的裝置稱為檢偏器。任何起偏器都可以作為檢偏器使用。起偏和檢偏中國科學技術大學出版社第9章

波動光學馬呂斯定律當θ＝00或1800時，I＝I0，光強最大；當θ＝900或2700時，I＝0，沒有光從檢偏器射出，這就是兩個消光的位置；當θ為其他值時，光強I介于0和I0之間。中國科學技術大學出版社第四節(jié)

物質的旋光性第9章

波動光學中國科學技術大學出版社第9章

波動光學旋光現象：偏振光通過物質時振動面發(fā)生旋轉的現象稱為旋光現象（rota-opticalphenomena）。旋光性：物質能使偏振光的振動面旋轉的性質，稱為旋光性（opticalactivity）。旋光物質：具有旋光性的物質稱為旋光物質。實驗表明，對于單色偏振光，旋光物質使振動面旋轉的角度θ與偏振光通過的物質的長度L成正比，即

θ＝αL式中α稱為旋光率（specificrotation），表示偏振光通過單位長度的旋光物質時，振動面轉過的角度。固體旋光率的單位為：度/米。中國科學技術大學出版社第9章

波動光學如果物質為溶液，振動面旋轉的角度不僅與通過的長度L成正比，還與溶液濃度c成正比，即