大学物理物理学波动光学PPT课件.pptx
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一、光学的研究内容一、光学的研究内容研究光的本性;研究光的本性;光的产生、传输与接收规律;光的产生、传输与接收规律;光与物质的相互作用;光与物质的相互作用;光学的应用。
光学的应用。
绪言绪言二、光的两种学说二、光的两种学说牛顿的微粒说牛顿的微粒说光是由发光物体发出的遵循力学规律光是由发光物体发出的遵循力学规律的粒子流。
的粒子流。
惠更斯的波动说惠更斯的波动说光是机械波,在弹性介质光是机械波,在弹性介质“以以太太”中传播。
中传播。
四、光学的分类四、光学的分类几何光学几何光学以光的直线传播和反射、折射定律为基础,研究光学仪以光的直线传播和反射、折射定律为基础,研究光学仪器成象规律。
器成象规律。
物理光学物理光学以光的波动性和粒子性为基础,研究光现象基本规律。
以光的波动性和粒子性为基础,研究光现象基本规律。
波波动动光光学学光光的的波波动动性性:
研研究究光光的的传传输输规规律律及及其其应应用用的的学科学科量量子子光光学学光光的的粒粒子子性性:
研研究究光光与与物物质质相相互互作作用用规规律律及及其应用的学科其应用的学科三、光的本性三、光的本性光的电磁理论光的电磁理论波动性波动性:
干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振光的量子理论光的量子理论粒子性粒子性:
黑体辐射、光电效应、康普顿效应黑体辐射、光电效应、康普顿效应本章学习内容:
本章学习内容:
波动光学:
光的干涉、衍射、偏振波动光学:
光的干涉、衍射、偏振光的干涉和衍射现象表明了光的波动性,光的干涉和衍射现象表明了光的波动性,而光的偏振现象则显示了而光的偏振现象则显示了光是横波光是横波。
光波作为。
光波作为一种一种电磁波电磁波也包含两种矢量的振动,即电矢量也包含两种矢量的振动,即电矢量E和磁矢量和磁矢量H,引起感光作用和生理作用的是其,引起感光作用和生理作用的是其中的电矢量中的电矢量E,所以通常把,所以通常把E矢量称为矢量称为光矢量光矢量,把把E振动称为振动称为光振动光振动。
一、光波一、光波1光波的概念:
光波的概念:
81光波及其相干条件光波及其相干条件2光的颜色:
光的颜色:
单色光单色光只含单一波长的光:
激光只含单一波长的光:
激光复复色色光光不不同同波波长长单单色色光光的的混混合合:
白白光光红外光:
红外光:
0.76m可见光:
可见光:
0.40m与与0.76m之之间间紫外光:
紫外光:
0.40m光波也可用上面的平面简谐光波也可用上面的平面简谐波的波函数来表示波的波函数来表示3光矢量光矢量电场强度电场强度E的振动称为光振动,电场强度称为光矢量。
的振动称为光振动,电场强度称为光矢量。
4光强光强光的平均能流密度,表示单位时间内通过与传播光的平均能流密度,表示单位时间内通过与传播方向垂直的单位面积的光的能量在一个周期内的方向垂直的单位面积的光的能量在一个周期内的平均值平均值I=E02二、光程二、光程波长为波长为的光在真空中传播了的光在真空中传播了l的的路程其相位的变化为路程其相位的变化为2l/,如果同样的光在折射率为,如果同样的光在折射率为n的介质中传播了的介质中传播了x的路程,的路程,其相位的变化正好也为其相位的变化正好也为,则有,则有2x/,其中,其中是光在是光在这种介质中的波长。
于是可以得到:
这种介质中的波长。
于是可以得到:
由于介质的折射率可以表示为由于介质的折射率可以表示为n=c/v,而对于光波有而对于光波有f=c/=v/,所以介质的折射率又可表示为:
,所以介质的折射率又可表示为:
n=/因此可以得到因此可以得到光程光程即光在折射率为即光在折射率为n的介质中传播的介质中传播x的路程所引起的相位的的路程所引起的相位的变化,与在真空中传播变化,与在真空中传播nx的路程所引起的相位的变化是的路程所引起的相位的变化是相同的。
相同的。
三、光的干涉现象三、光的干涉现象1什么是光的干涉现象什么是光的干涉现象两束光的相遇区域形成稳两束光的相遇区域形成稳定的、有强有弱的光强定的、有强有弱的光强分布。
分布。
即由即由光波的叠加光波的叠加而引起的而引起的光强重新分布光强重新分布的现象称的现象称为为光的干涉光的干涉。
2相干条件相干条件振动方向相同振动方向相同振动频率相同振动频率相同相位相同或相位差保持恒定相位相同或相位差保持恒定3相干光与相干光源相干光与相干光源两束满足相干条件的光称为两束满足相干条件的光称为相相干光干光相应的光源称为相应的光源称为相干光源相干光源表示:
当光在多种介质中传播表示:
当光在多种介质中传播时,总的光程时,总的光程L等于光所经过的等于光所经过的介质的光程之和。
介质的光程之和。
光经过相同的光程所需要的时间是相等的。
光经过相同的光程所需要的时间是相等的。
因此,因此,物点和像点之间各光线的光程都相等。
物点和像点之间各光线的光程都相等。
物像之间的等物像之间的等光程性光程性4明暗条纹条件明暗条纹条件明条纹:
明条纹:
=kk=0,1,2,暗条纹:
暗条纹:
=(2k+1)/2k=0,1,2,3,l用用相位差相位差表示:
表示:
明条纹:
明条纹:
=2kk=0,1,2,暗条纹:
暗条纹:
=(2k+1)k=0,1,2,3,l用用光程差光程差表示表示根据光程差与相位差的关系根据光程差与相位差的关系若若02-01=0,则有,则有四、相干光的获得四、相干光的获得1普通光源的发光机理普通光源的发光机理光波列长度:
光波列长度:
m结论:
普通光源发出的光波结论:
普通光源发出的光波不满足相干条件,不是相干不满足相干条件,不是相干光,不能产生干涉现象。
光,不能产生干涉现象。
特点:
同一原子发光具有瞬时性特点:
同一原子发光具有瞬时性和间歇性、偶然性和随机性,而和间歇性、偶然性和随机性,而不同原子发光具有独立性。
不同原子发光具有独立性。
2获得相干光源的方法获得相干光源的方法原理:
原理:
将同一光源上同一点或极小区域发出将同一光源上同一点或极小区域发出的一束光分成两束,让它们经过不同的传播的一束光分成两束,让它们经过不同的传播路径后,再使它们相遇,它们是相干光。
路径后,再使它们相遇,它们是相干光。
方法:
方法:
分分波波前前法法:
利利用用波波场场中中的的任任一一个个波波前前分分离离出出两两列波。
列波。
分振幅法:
分振幅法:
利用两个反射面产生两束反射光。
利用两个反射面产生两束反射光。
分分振振动动面面法法:
利利用用某某些些晶晶体体的的双双折折射射性性质质,将将一束光分解为振动面垂直的两束光。
一束光分解为振动面垂直的两束光。
SE2、杨氏双缝干涉、杨氏双缝干涉实验装置实验装置1801年,杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个年,杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个波阵面以锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现波阵面以锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现象。
杨氏用象。
杨氏用叠加原理叠加原理解释了干涉现象,在历史上第一次测定了解释了干涉现象,在历史上第一次测定了光的波长光的波长,为光的,为光的波动学说波动学说的确立奠定了基础。
的确立奠定了基础。
3、双缝干涉的光程差、双缝干涉的光程差两光波在两光波在P点的光程差为点的光程差为=r2-r1r12=D2+(x-a)2r22=D2+(x+a)2所以所以r22-r12=4ax即即(r2-r1)(r2+r1)=4ax采用近似采用近似r2+r12D光程差为光程差为=r2-r1=2ax/Dr2r1OPx2aS2S1D4、干涉条纹的位置、干涉条纹的位置
(1)明条纹:
)明条纹:
=2ax/D=kk中心位置:
中心位置:
x=(D/2a)2k(/2)k=0,1,2,
(2)暗条纹:
)暗条纹:
=2ax/D=(2k+1)/2中心位置:
中心位置:
x=(D/2a)(2k+1)(/2)k=0,1,2,(3)条纹间距:
)条纹间距:
相邻明纹中心或相邻相邻明纹中心或相邻暗纹中心的距离称为条纹暗纹中心的距离称为条纹间距间距x=D/2a5、干涉条纹的特点、干涉条纹的特点双缝干涉条纹是与双缝平行双缝干涉条纹是与双缝平行的一组明暗相间彼此的一组明暗相间彼此等间距等间距的直条纹的直条纹,上下对称。
,上下对称。
光源光源S位置改变:
位置改变:
S下移时,零级明纹上移,干涉条纹整体向上平移;下移时,零级明纹上移,干涉条纹整体向上平移;S上移时,干涉条纹整体向下平移,条纹间距不变。
上移时,干涉条纹整体向下平移,条纹间距不变。
双缝间距双缝间距2a改变:
改变:
当当2a增大时,增大时,x减小,零级明纹中心位置不变,条纹变密。
减小,零级明纹中心位置不变,条纹变密。
当当2a减小时,减小时,x增大,条纹变稀疏。
增大,条纹变稀疏。
双缝与屏幕间距双缝与屏幕间距D改变:
改变:
当当D减小时,减小时,x减小,零级明纹中心位置不变,条纹变密。
减小,零级明纹中心位置不变,条纹变密。
当当D增大时,增大时,x增大,条纹变稀疏。
增大,条纹变稀疏。
x=D/2a6、讨论、讨论x=D/2a*
(1)波长及装置结构变化时干涉条纹的移动和变化)波长及装置结构变化时干涉条纹的移动和变化对于不同的光波,若满足对于不同的光波,若满足k11=k22出现干涉条纹的重叠。
出现干涉条纹的重叠。
入射光波长改变:
入射光波长改变:
当当增大时,增大时,x增大,条纹变疏;增大,条纹变疏;当当减小时,减小时,x减小,条纹变密。
减小,条纹变密。
若用复色光源,则干涉条纹若用复色光源,则干涉条纹是彩色的。
是彩色的。
(2)介质对干涉条纹的影响介质对干涉条纹的影响在在S1后加透明介质薄膜后加透明介质薄膜(厚度为厚度为h),干涉条纹如何变化?
,干涉条纹如何变化?
零级明纹上移至点零级明纹上移至点P,屏上所有干涉条纹同屏上所有干涉条纹同时向上平移时向上平移。
条纹移动距离条纹移动距离OP=(n-1)Dh/(2a)移过条纹数目移过条纹数目k=OP/x=(n-1)h/若若S2后加透明介质薄膜,干涉条纹下移后加透明介质薄膜,干涉条纹下移。
r2r1OPxdS2S1*若把整个实验装置置于折射率为若把整个实验装置置于折射率为n的介质中,的介质中,明条纹:
明条纹:
=n(r2-r1)=kk=0,1,2,暗条纹:
暗条纹:
=n(r2-r1)=(2k+1)/2k=0,1,2,3,或或明条纹:
明条纹:
r2-r1=2ax/D=k/n=kk=0,1,2,暗条纹暗条纹:
r2-r1=2ax/D=(2k+1)/2n=(2k+1)k=0,1,2,3,为入射光在介质中的波长为入射光在介质中的波长条纹间距为条纹间距为x=D/(2an)=D/2a干涉条纹变密。
干涉条纹变密。
*7、光强分布、光强分布合光强为合光强为I=I1+I2+2sqrt(I1I2)cos当当I1=I2=I0时时I=2I0(1+cos)=4I0cos2(/2)=4I0cos2(/)当当=k=k时,时,I=II=Imaxmax=4=4I0当当=(2k-1)/2=(2k-1)/2时,时,I=II=Iminmin=0=08、杨氏双缝干涉的应用、杨氏双缝干涉的应用
(1)测量波长:
)测量波长:
(2)测量薄膜的厚度和折射率:
)测量薄膜的厚度和折射率:
(3)长度的测量微小改变量。
)长度的测量微小改变量。
例例8-1、求光波的波长、求光波的波长在杨氏双缝干涉实验中,已知双缝间距为在杨氏双缝干涉实验中,已知双缝间距为0.20mm0.20mm,屏和缝相距,屏和缝相距0.50m0.50m,测得条纹宽度为,测得条纹宽度为1.50mm1.50mm,求入射光的波长。
,求入射光的波长。
解:
由杨氏双缝干涉条纹间距公式解:
由杨氏双缝干涉条纹间距公式x=D/2a可以得到光波的波长为可以得到光波的波长为=x2a/D代入数据,得代入数据,得=1.5010-30.2010-3/0.50=6.0010-7m=600nm当双缝干涉装置的一条狭缝后面盖上折射率为当双缝干涉装置的一条狭缝后面盖上折射率为nn=1.58=1.58的云的云母片时,观察到屏幕上干涉条纹移动了母片时,观察到屏幕上干涉条纹移动了99个条纹间距,已知个条纹间距,已知波长波长=5500A=5500A00,求云母片的厚度。
,求云母片的厚度。
例例8-2、根据条纹移动求缝后所放介质片的厚度、根据条纹移动求缝后所放介质片的厚度解:
没有盖云母片时,零级明条纹在解:
没有盖云母片时,零级明条纹在OO点;当点;当SS11缝后盖上云母片缝后盖上云母片后,光线后,光线11的光程增大。
由于零级明条纹所对应的光程差为零,的光程增大。
由于零级明条纹所对应的光程差为零,所以这时零级明条纹只有上移才能使光程差为零。
依题意,所以这时零级明条纹只有上移才能使光程差为零。
依题意,SS11缝盖上云母片后,零级明条纹由缝盖上云母片后,零级明条纹由OO点移动原来的第九级明条纹位点移动原来的第九级明条纹位置置PP点,当点,当xD时,时,SS11发出的光可以近似看作垂直通过云母片,发出的光可以近似看作垂直通过云母片,光程增加为光程增加为(r1-h+nh)-r1=(n-1)h,从而在,从而在OO点有点有(n-1)h=k,k=9所以所以h=k/(/(n-1)=9550010-1)=9550010-10-10/(1.58-1)/(1.58-1)=8.5310=8.5310-6-6mmr2r1OPxdS2S1情况情况1:
n1n2n2n3无无无无没有没有情况情况3:
n1n3有有无无有有情况情况4:
n1n2n3无无有有有有产生半波损失的条件:
产生半波损失的条件:
光从光疏介质射向光密介光从光疏介质射向光密介质,即质,即n1n2;半波损失只发生在反射半波损失只发生在反射光中;光中;对于三种不同的媒质,对于三种不同的媒质,两反射光之间有无半波损两反射光之间有无半波损失的情况如下:
失的情况如下:
n1n2n2n3无无n1n3有有n1n2n3有有一、薄膜干涉一、薄膜干涉薄膜干涉属于分振幅法薄膜干涉属于分振幅法1、等倾干涉:
、等倾干涉:
实验装置实验装置在空气(或真空)中放入上在空气(或真空)中放入上下表面平行,厚度为下表面平行,厚度为e的均的均匀介质匀介质n光光a与光与光b的光程差为:
的光程差为:
光光a有半波损失。
有半波损失。
nCABeDbari8-38-3分振幅干涉分振幅干涉由折射定律和几何关系可得出:
由折射定律和几何关系可得出:
代入代入得出:
得出:
结论:
结论:
相同的相同的入射角对应同一入射角对应同一级条纹。
因此,级条纹。
因此,称它为称它为薄膜等倾薄膜等倾干涉。
干涉。
光光a与光与光b相遇在相遇在无穷远,或者在无穷远,或者在透镜的焦平面上透镜的焦平面上观察它们的相干观察它们的相干结果,所以称它结果,所以称它为为定域干涉。
定域干涉。
nCABeDbari应用:
应用:
测定薄膜的厚度;测定薄膜的厚度;测定光的波长;测定光的波长;例例83如图所示,在折射率为如图所示,在折射率为1.50的的平板玻璃表面有一层厚度为平板玻璃表面有一层厚度为300nm,折,折射率为射率为1.22的均匀透明油膜,用白光垂的均匀透明油膜,用白光垂直射向油膜,问:
直射向油膜,问:
1)哪些波长的可见光在反射光中产生哪些波长的可见光在反射光中产生相长干涉相长干涉?
2)若要使反射光中若要使反射光中=550nm的光产生相的光产生相消干涉,油膜的最小厚度为多少消干涉,油膜的最小厚度为多少?
解:
解:
(1)因反射光之间没有半波损失,因反射光之间没有半波损失,由垂直入射由垂直入射i=0,得反射光相长干涉的,得反射光相长干涉的条件为条件为k=1时时红光红光k=2时时故反射中红光产故反射中红光产生相长干涉。
生相长干涉。
紫外紫外
(2)由反射相消干涉条件为:
由反射相消干涉条件为:
显然显然k=0所产生对应的厚度最小,即所产生对应的厚度最小,即干涉条纹定域干涉条纹定域在膜附近。
条在膜附近。
条纹形状由膜的纹形状由膜的等厚点轨迹所等厚点轨迹所决定。
决定。
2、等厚干涉、等厚干涉劈尖干涉的实验装置劈尖干涉的实验装置明纹中心明纹中心暗纹中心暗纹中心干涉条件干涉条件空气劈尖相邻明条纹对应的厚度差:
空气劈尖相邻明条纹对应的厚度差:
若劈尖间夹有折射率为若劈尖间夹有折射率为n的介质,则:
的介质,则:
劈尖相邻级次条纹对应的薄膜厚度差为膜内光波长的一半。
劈尖相邻级次条纹对应的薄膜厚度差为膜内光波长的一半。
特点特点劈尖干涉是等厚干涉劈尖干涉是等厚干涉劈尖的等厚干涉条纹是一系列等间距、明暗劈尖的等厚干涉条纹是一系列等间距、明暗相间的平行于棱边的直条纹。
相间的平行于棱边的直条纹。
薄膜厚度的测量薄膜厚度的测量应用应用薄膜厚度的测定薄膜厚度的测定测定光学元件表面的平整度测定光学元件表面的平整度劈尖表面附近形成的是一系列与棱边平行劈尖表面附近形成的是一系列与棱边平行的、明暗相间等距的直条纹。
的、明暗相间等距的直条纹。
楔角愈小,干涉条纹分布就愈稀疏。
楔角愈小,干涉条纹分布就愈稀疏。
当用白光照射时,将看到由劈尖边缘逐渐当用白光照射时,将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹。
分开的彩色直条纹。
劈尖相邻级次条纹对应的薄膜厚度差为膜内光波长的一半。
劈尖相邻级次条纹对应的薄膜厚度差为膜内光波长的一半。
明纹中心明纹中心暗纹中心暗纹中心结论结论例例84、用用等等厚厚干干涉涉法法测测细细丝丝的的直直径径d。
取取两两块块表表面面平平整整的的玻玻璃璃板板,左左边边棱棱迭迭合合在在一一起起,将将待待测测细细丝丝塞塞到到右右棱棱边边间间隙隙处处,形形成成一一空空气气劈劈尖尖。
用用波波长长的的单单色色光光垂垂直直照照射射,得得等等厚厚干干涉涉条条纹纹,测测得得相相邻邻明明纹纹间间距距为为l,玻玻璃璃板板长长L,求求细细丝的直径。
丝的直径。
解:
解:
d例例8-5、工件质量检测工件质量检测ab有一劈尖,光的有一劈尖,光的0.55m,明纹,明纹间距间距a2.34mm,但某处干涉条纹,但某处干涉条纹弯曲,最大畸变量弯曲,最大畸变量b=1.86mm,问:
,问:
该处工件表面有什么样的缺陷,其该处工件表面有什么样的缺陷,其深度(或高度)如何?
深度(或高度)如何?
解:
同一条干涉条纹的各点下面的解:
同一条干涉条纹的各点下面的薄膜厚度相等,现在干涉条纹向劈薄膜厚度相等,现在干涉条纹向劈尖的棱边方向弯曲,因此判断工件尖的棱边方向弯曲,因此判断工件在该处有凹下的缺陷。
在该处有凹下的缺陷。
得:
得:
h0.219m3、牛顿环、牛顿环用平凸透镜凸球面所反射用平凸透镜凸球面所反射的光和平镜上表面所反射的光和平镜上表面所反射的光发生干涉,不同厚度的光发生干涉,不同厚度的等厚点的轨迹是以的等厚点的轨迹是以O为为圆心的一组同心圆。
圆心的一组同心圆。
明环中心明环中心暗环中心暗环中心实验装置实验装置2、干涉公式、干涉公式O点的点的e=0,光程差为光程差为/2,应为暗条纹。
应为暗条纹。
在实际观察中常测牛顿环的半径在实际观察中常测牛顿环的半径r它与它与e和凸球面的半径和凸球面的半径R的关系:
的关系:
略去二阶小量略去二阶小量e2得:
得:
代入明暗环公式得:
代入明暗环公式得:
明环中心明环中心暗环中心暗环中心讨论讨论:
(1)牛顿环中心为暗环,级次最低。
牛顿环中心为暗环,级次最低。
(2)离开中心愈远,光程差愈大,圆离开中心愈远,光程差愈大,圆条纹间距愈小,愈密。
条纹间距愈小,愈密。
(3)用白光时将产生彩色条纹。
用白光时将产生彩色条纹。
牛顿环半径牛顿环半径应用:
应用:
测量光的波长;测量光的波长;测量平凸透镜的曲率半径;测量平凸透镜的曲率半径;检查透镜的质量检查透镜的质量。
oR曲率半径曲率半径re例例86:
用:
用He-Ne激光器发出的激光器发出的=0.633m的单色光,在牛顿的单色光,在牛顿环实验时,测得第环实验时,测得第k个暗环半径为个暗环半径为5.63mm,第,第k+5个暗环半径个暗环半径为为7.96mm,求平凸透镜的曲率半径,求平凸透镜的曲率半径R。
解:
由暗纹公式,可知解:
由暗纹公式,可知1、迈克耳孙干涉仪的、迈克耳孙干涉仪的结构及原理结构及原理G1和和G2是两块材是两块材料相同厚薄均匀、料相同厚薄均匀、几何形状完全相几何形状完全相同的光学平镜。
同的光学平镜。
G1一侧镀有半透半反的薄一侧镀有半透半反的薄银层。
与水平方向成银层。
与水平方向成45o角角放置;放置;G2称为补偿板。
称为补偿板。
在在G1镀银镀银层上层上M1的的虚象虚象M12、迈克耳孙干涉仪的干涉条纹、迈克耳孙干涉仪的干涉条纹一束光在一束光在A处分振幅形成的两束光处分振幅形成的两束光1和和2的光程差,就相当于的光程差,就相当于由由M1和和M2形成的空气膜上下两个面反射光的光程差形成的空气膜上下两个面反射光的光程差。
二、迈克耳孙干涉仪二、迈克耳孙干涉仪光源光源fG1G2M1M21212fG1G2M1M2光源光源1212M1与与M2严格垂直严格垂直薄膜干涉薄膜干涉1,2两束光的光程差两束光的光程差等倾干涉,干涉条纹为明等倾干涉,干涉条纹为明暗相间的同心圆环。
暗相间的同心圆环。
=明条纹明条纹暗条纹暗条纹干涉圆环中心,干涉圆环中心,i=0k自内向外依次递减自内向外依次递减e增大时有条纹冒出增大时有条纹冒出当当e每减少每减少/2/2时,中央条纹对应的时,中央条纹对应的k值就要减少值就要减少1,原来位于中央的条纹,原来位于中央的条纹消失,将看到消失,将看到同心等倾圆条纹向中心同心等倾圆条纹向中心缩陷缩陷。
当当M1、M2不平行时,将看到劈尖等厚干涉条纹。
不平行时,将看到劈尖等厚干涉条纹。
当当M1每平移每平移/2/2时,将看到一个明(或暗)条纹移时,将看到一个明(或暗)条纹移过视场中某一固定直线,条纹移动的数目过视场中某一固定直线,条纹移动的数目m与与M1镜镜平移的距离关系为:
平移的距离关系为:
记下平移的距离记下平移的距离,可测量入射光的波长可测量入射光的波长;如已知波长如已知波长,则可通过条纹移动数目来测量微小伸长量则可通过条纹移动数目来测量微小伸长量(如热胀冷缩量如热胀冷缩量).小小结结光程光程薄膜干涉薄膜干涉劈尖劈尖牛顿环牛顿环迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪8-4光的衍射光的衍射一、光的衍射现象一、光的衍射现象2.衍射现象:
衍射现象:
波在传播过程中遇到障波在传播过程中遇到障碍物,能够绕过障碍物碍物,能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为线传播的现象称为衍射衍射现象现象。
1.实验现象:
实验现象:
单缝单缝KabS光源光源(a)屏屏幕幕E屏屏幕幕E单缝单缝KaS光源光源(b)b二、二、惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理1690年惠更斯提出年惠更斯提出惠更斯惠更斯原理原理,认为波前上的每一点,认为波前上的每一点都可以看作是发出球面子波都可以看作是发出球面子波的新的波源,这些子波的包的新的波源,这些子波的包络面就是下一时刻的波前。
络面就是下一时刻的波前。
1818年,菲涅耳运用子波可以相干叠加的思年,菲涅耳运用子波可以相干叠加的思想对惠更斯原理作了补充。
他认为从同一波想对惠更斯原理作了补充。
他认为从同一波面上各点发出的子波,在传播到空间某一点面上各点发出的子波,在传播到空间某一点时,各个子波之间也可以相互叠加而产生干时,各个子波之间也可以相互叠加而产生干涉现象。
这就是涉现象。
这就是惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅耳原理。
1.惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理Sprn说明说明菲涅耳积分可以计算任意菲涅耳积分可以计算任意形状波的阵面衍射问题。
形状波的阵面衍射问题。
采用半波带法来定性地解采用半波带法来定性地解释衍射现象。
释衍射现象。
*2.惠更斯惠更斯-菲涅耳原理的数学表达式菲涅耳原理的数学表达式菲涅耳衍射积分公式:
菲涅耳衍射积分公式:
对于点光源发出的球面波,初相位可取为零,且倾斜因子对于点光源发出的球面波,初相位可取为零,且倾斜因子它说明子波为什么不会向后退。
它说明子波为什么不会向后退。
Sprn光源光源障碍物障碍物接收屏接收屏光源光源障碍物障碍物接收屏接收屏三、衍射的分类三、衍射的分类1.菲涅耳衍射菲涅耳衍射2.夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射光源光源障碍物障碍物接收屏距接收屏距离为有限远。
离为有限远。
光源光源障碍物障碍物接收屏接收屏距离为无限远。
距离为无限远。
障碍物障碍物接收屏接收屏衍射系统一般由衍射系统一般由光源、光源、衍射屏和接收屏衍射屏和接收屏组成的。
组成的。
按它们相互距离的关系,按它们相互距离的关系,通
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