波动光学 .ppt

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1、波动光学 1现在学习的是第1页，共54页1、普通光源发光的特点：、普通光源发光的特点：2、从同一普通光源获得相干光源的方法：、从同一普通光源获得相干光源的方法：分割波阵面法（双缝干涉、分割波阵面法（双缝干涉、洛埃镜洛埃镜）分割振幅法（薄膜干涉）分割振幅法（薄膜干涉）第一节第一节 光的干涉光的干涉间歇性、随机性间歇性、随机性二、光程与光程差：二、光程与光程差：光程：光在媒质中的几何路程长度光程：光在媒质中的几何路程长度r与媒质的与媒质的 折射率折射率n的乘积的乘积nr光程差：光程之差光程差：光程之差一、光的相干性：一、光的相干性：相干长度：能产生干涉现象的最大光程差相干长度：能产生干涉现象的最大

2、光程差2现在学习的是第2页，共54页三、杨氏双缝干涉：三、杨氏双缝干涉：（英国、托马斯（英国、托马斯.杨、杨、1801）1、干涉装置（、干涉装置（S/S1/S2且且SS1=SS2，dD）及干涉图样）及干涉图样3现在学习的是第3页，共54页光程差为光程差为2、干涉条纹的分布规律：、干涉条纹的分布规律：4现在学习的是第4页，共54页由波的干涉理论可得由波的干涉理论可得:1)=k （明纹（明纹k=0，1，2，（2k-1）/2 （暗纹）（暗纹）k=1，2，2)x=kD/d （明纹）（明纹）k=0，1，2，（2k-1）/2D/d （暗纹）（暗纹）k=1，2，3)条纹间距：条纹间距：相邻明纹间距与相邻暗相

3、邻明纹间距与相邻暗纹间距及一条明纹与暗纹间距及一条明纹与暗纹宽度之和三者相等。纹宽度之和三者相等。5现在学习的是第5页，共54页3、结论：、结论：（1）干涉条纹明暗相间，等距分布。）干涉条纹明暗相间，等距分布。（2）条纹间距）条纹间距x=D/d，因为，因为小，所以小，所以D/d须大，须大，即即dD（3）条纹间距）条纹间距x与与成正比，若用白光，明纹为彩色成正比，若用白光，明纹为彩色条纹（由紫到红）（中央明纹中心为白色）。条纹（由紫到红）（中央明纹中心为白色）。（4）由于两缝宽度相同，光强相等（）由于两缝宽度相同，光强相等（I1=I2=I0），明），明纹中心纹中心I=4 I0，暗纹中心，暗纹中心

4、I=0。（5）因为条纹间距）因为条纹间距x=D/d，所以可通过，所以可通过x、D、d测测。6现在学习的是第6页，共54页四、洛埃镜：四、洛埃镜：由杨氏双缝干涉由杨氏双缝干涉=S1L-S2L=0，应为明条纹，应为明条纹而实验结果却为暗条纹，说明光在反射过程而实验结果却为暗条纹，说明光在反射过程中损失了半个波长的光程中损失了半个波长的光程半波损失。半波损失。对对L点：点：所以，光由光疏媒质射向光密媒质表面发所以，光由光疏媒质射向光密媒质表面发生反射时，反射光会发生半波损失。生反射时，反射光会发生半波损失。7现在学习的是第7页，共54页五、薄膜干涉：五、薄膜干涉：（一）等倾干涉（一）等倾干涉8现在学

5、习的是第8页，共54页k （明纹）（明纹）k=1，2，（2k-1）/2（暗纹）（暗纹）k=1，2，（干涉结果由倾角（干涉结果由倾角i决定）决定）9现在学习的是第9页，共54页1）当）当n1和和n3均小于均小于n2（2k-1)/2 （暗纹（暗纹)（反射减弱）（反射减弱）k=1，2，k（明纹）（反射增强）（明纹）（反射增强）k=1，2，（二）等厚干涉：（二）等厚干涉：1、厚度均匀的薄膜：、厚度均匀的薄膜：10现在学习的是第10页，共54页k=1，2，（明纹）（明纹）k=1，2，（暗（暗纹）纹）ii)当当n1 n2 n2 n 3时时11现在学习的是第11页，共54页e=k=1，2，（明纹）k=1，2

6、，（暗纹）即干涉结果由薄膜厚度决定。12现在学习的是第12页，共54页2、劈尖干涉：、劈尖干涉：由于劈尖各处厚度由于劈尖各处厚度e不同，光程差不同，光程差也不同，也不同，因而在劈尖表面形成因而在劈尖表面形成明暗相间的条纹。明明暗相间的条纹。明暗条纹等间距分布。暗条纹等间距分布。（2k+1）/2 （暗纹）（暗纹）k=0，1，2，k（明纹）（明纹）k=1，2，13现在学习的是第13页，共54页k=1，2，（明（明纹）纹）k=0，1，2，（暗纹）（暗纹）相邻两明纹（或暗纹）间相邻两明纹（或暗纹）间的距离为的距离为14现在学习的是第14页，共54页3、牛顿环：、牛顿环：（2k+1）/2 （暗环）（暗环

7、）k=0，1，2，k （明环）（明环）k=1，2，k=1，2，k=0，1，2，六、迈克耳孙干涉仪：六、迈克耳孙干涉仪：15现在学习的是第15页，共54页第二节、光的衍射第二节、光的衍射一、概述一、概述1、衍射：光绕过障碍物传播的现象。、衍射：光绕过障碍物传播的现象。2、菲涅耳衍射（近场衍射）：障碍物、菲涅耳衍射（近场衍射）：障碍物与光源即观察屏（或其中之一）为有与光源即观察屏（或其中之一）为有限远时的衍射。限远时的衍射。夫琅禾费衍射（远场衍射）：障碍夫琅禾费衍射（远场衍射）：障碍物与光源即观察屏为无限远时的衍物与光源即观察屏为无限远时的衍射。（用透镜将无限远处的衍射移射。（用透镜将无限远处的衍

8、射移到透镜的焦平面处）到透镜的焦平面处）16现在学习的是第16页，共54页（af）2、透镜的等光程性：、透镜的等光程性：平行光通过透镜会聚平行光通过透镜会聚时，平行光同一波阵时，平行光同一波阵面上的各点到会聚点面上的各点到会聚点的光程相等。的光程相等。AB上各点为同相点，上各点为同相点，AC上各点到上各点到P的光程相等；的光程相等；AB上各点到上各点到P的最大光程差为的最大光程差为BC。1、衍射装置：、衍射装置：二、夫琅禾费单缝衍射：二、夫琅禾费单缝衍射：17现在学习的是第17页，共54页3、半波带法：用/2去等分BC，再去等分AB。暗纹 3/2 明纹 2 暗纹 5/2 明纹 3 暗纹 .=1

9、8现在学习的是第18页，共54页4、衍射条纹的分布、衍射条纹的分布:（1）当）当=0时时(中央明纹中央明纹)（k=1，2，）（暗纹）（暗纹）（k=1，2，）（明纹）（明纹）（k=0，为中央级明纹）（k=0，为中央级明纹一部分）19现在学习的是第19页，共54页5、结论：（1）衍射条纹为明暗相间，但明纹亮度不均匀：中央级最亮，越往两边越暗，第一、第二级明纹亮度仅为中央的4.7%和1.7%。（2）明纹宽度不等：中央级明纹宽度为其它各级明纹宽度的两倍。中央级明纹角宽度中央级明纹宽度其它各级明纹宽度（P205图13-12）20现在学习的是第20页，共54页（3）衍射光谱：若用白光，明纹为）衍射光谱：若

10、用白光，明纹为彩色条纹（由紫到红）（中央明纹彩色条纹（由紫到红）（中央明纹中心为白色）。中心为白色）。（4）衍射角与缝宽有关：）衍射角与缝宽有关：a越小，越小，越大，衍射越显著。越大，衍射越显著。21现在学习的是第21页，共54页三、圆孔衍射：三、圆孔衍射：2、中央亮斑半角宽度、中央亮斑半角宽度D为圆孔半，为圆孔半，,圆孔越小，衍射越显著圆孔越小，衍射越显著3、中央亮斑半角宽度、中央亮斑半角宽度1、衍射图样：中间为圆形亮斑（光强占过圆、衍射图样：中间为圆形亮斑（光强占过圆孔总光强的孔总光强的84%），亮斑周围为明暗相间的），亮斑周围为明暗相间的圆环。圆环。22现在学习的是第22页，共54页（1

11、）光栅衍射相当于衍）光栅衍射相当于衍射与干涉的总和，每条狭射与干涉的总和，每条狭缝都有衍射，各条狭缝又缝都有衍射，各条狭缝又要干涉。要干涉。（2）光栅方程：）光栅方程：相邻两缝的光程差为相邻两缝的光程差为（k=0，1，2，）明纹）明纹1、光栅常数：、光栅常数：a+b。其中。其中a为透光的狭缝宽度，为透光的狭缝宽度，b为狭缝间不透光部分的宽度。为狭缝间不透光部分的宽度。2、光栅衍射：、光栅衍射：四、衍射光栅：四、衍射光栅：23现在学习的是第23页，共54页（由于明纹是由所有狭缝的对应点发出的光线叠加而成，故光栅的狭缝数目越多，明纹越亮。）（由于明纹中间有暗纹，且光栅的狭缝数目越多，暗纹越多。）2

12、4现在学习的是第24页，共54页（3）缺级现象）缺级现象:衍射暗纹与干涉明纹重叠时，明纹缺损。（4）特点：）特点：B、（、（a+b)一定，光栅的缝数越多，明纹越明亮，一定，光栅的缝数越多，明纹越明亮，越细窄。越细窄。A、光栅常数越小，衍射条纹分得越开。、光栅常数越小，衍射条纹分得越开。C、与与有关：若白光入射，中（白）、边有关：若白光入射，中（白）、边（紫（紫红），形成衍射光谱。红），形成衍射光谱。3、衍射光谱：、衍射光谱：25现在学习的是第25页，共54页（光的偏振体现了光的横波的特性）（光的偏振体现了光的横波的特性）第三节、光的偏振第三节、光的偏振一、自然光和偏振光：一、自然光和偏振光：1

13、、自然光：在与光的传播方向垂直的、自然光：在与光的传播方向垂直的平面内，光矢量的振动方向在各个方平面内，光矢量的振动方向在各个方向上出现的几率相同，大小也相同，向上出现的几率相同，大小也相同，这样的光为自然光。这样的光为自然光。2、偏振光：在与光的传播方向垂直的平、偏振光：在与光的传播方向垂直的平面内，光矢量的振动方向不是均匀分布，面内，光矢量的振动方向不是均匀分布，而是：（而是：（1）只局限在一个固定的方向，）只局限在一个固定的方向，这样的光为完全偏振光（线偏振光）。这样的光为完全偏振光（线偏振光）。（2）在某一方向，占优势，这样的光为）在某一方向，占优势，这样的光为部分偏振光。部分偏振光。

14、26现在学习的是第26页，共54页3、自然光和偏振光的图示法、自然光和偏振光的图示法（1）偏振光的图示）偏振光的图示 振动面：完振动面：完全偏振光的振动全偏振光的振动方向与传播方向方向与传播方向构成的平面。构成的平面。偏振面：完偏振面：完全偏振光的振动全偏振光的振动方向的方向的垂直垂直方向方向与传播方向构成与传播方向构成的平面。的平面。27现在学习的是第27页，共54页（2）自然光的图示：）自然光的图示：自然光的可以用两束振动方向垂直自然光的可以用两束振动方向垂直的（两束偏振光振动方向根据需要选取）、的（两束偏振光振动方向根据需要选取）、大小相等偏振光代替。大小相等偏振光代替。自然光的图示自然

15、光的图示28现在学习的是第28页，共54页二、起偏、检偏、马吕斯定律：二、起偏、检偏、马吕斯定律：（1）偏振器（偏振片）：某些晶体对不同方向）偏振器（偏振片）：某些晶体对不同方向的光振动的吸收有选择性，对某一方向的光振的光振动的吸收有选择性，对某一方向的光振动完全吸收，而对其垂直方向的光振动完全不动完全吸收，而对其垂直方向的光振动完全不吸收，从而可以获得或检验偏振光。吸收，从而可以获得或检验偏振光。（2）透发射轴（偏振化方向）：偏振）透发射轴（偏振化方向）：偏振片允许通过的光振动方向。（偏振片上片允许通过的光振动方向。（偏振片上用符号用符号“”标记。）标记。）1、基本概念：、基本概念：29现在

16、学习的是第29页，共54页（3）起偏：从自然光中获得偏振光的过程。）起偏：从自然光中获得偏振光的过程。偏振片为起偏器。偏振片为起偏器。检偏：检验一束光是否为偏振光的过程。检偏：检验一束光是否为偏振光的过程。偏振片为检偏器。偏振片为检偏器。30现在学习的是第30页，共54页 马吕斯定律：当光强为马吕斯定律：当光强为I0偏振光通过偏偏振光通过偏振化方向与光振动方向的夹角为振化方向与光振动方向的夹角为的偏振片时，的偏振片时，偏振光的光强变为偏振光的光强变为I0cos2。2、马吕斯定律、马吕斯定律（完全偏振光）：（完全偏振光）：自然光通过偏振片时光强减半。自然光通过偏振片时光强减半。31现在学习的是第

17、31页，共54页三、布儒斯特定律：三、布儒斯特定律：1、反射、折射时的偏振：、反射、折射时的偏振：自然光在自然光在各向同性媒质各向同性媒质的分的分界面上反射和折射时，反射光与界面上反射和折射时，反射光与折射光都会成为部分偏振光。折射光都会成为部分偏振光。32现在学习的是第32页，共54页2、布儒斯特定律：、布儒斯特定律：当当i0+r=90时，反射光为完全偏振光时，反射光为完全偏振光（但光强很弱）（但光强很弱）n1n2（i0布儒斯特角、布儒斯特角、起偏角）起偏角）3、应用、应用玻玻片堆：片堆：33现在学习的是第33页，共54页四、双折射现象：四、双折射现象：1、双折射：、双折射：（1）双折射现象

18、：当）双折射现象：当光线射向光线射向各向异性各向异性媒质的媒质的分界面上时，折射光分解分界面上时，折射光分解为不同方向的两束为不同方向的两束（2）寻常光（）寻常光（o光）：双折射现象两光）：双折射现象两束折射光中遵循折射定律的光。束折射光中遵循折射定律的光。非常光（非常光（e光）：双折射现象两束折射光）：双折射现象两束折射光中不遵循折射定律的光。光中不遵循折射定律的光。n1n2en2o光轴光轴eo偏偏振振光光（P211图13-23）34现在学习的是第34页，共54页（3）双折射现象原因：因为光在晶体各方向）双折射现象原因：因为光在晶体各方向的传播速度不同，折射光的方向不同。的传播速度不同，折射

19、光的方向不同。2、单轴晶体与双轴晶体：、单轴晶体与双轴晶体：（1）光轴：双折射晶体中的一特定方向，此）光轴：双折射晶体中的一特定方向，此方向上方向上o光与光与e光的速度相同。光的速度相同。（2）单轴晶体：仅有一个光轴的晶体。）单轴晶体：仅有一个光轴的晶体。双轴晶体：有两个光轴的晶体。双轴晶体：有两个光轴的晶体。35现在学习的是第35页，共54页4、人工双折射：使各向同性的物质在外界、人工双折射：使各向同性的物质在外界作用下（如加磁场或电场）出现双折射现象。作用下（如加磁场或电场）出现双折射现象。3、正入射时单轴晶体的双折射、正入射时单轴晶体的双折射（光轴（光轴/表面）：表面）：oe光轴光轴振动

20、面振动面：e光光/光轴，光轴，o光光光轴光轴36现在学习的是第36页，共54页1、二向色性、二向色性二向色性：晶体对二向色性：晶体对o光、光、e光吸收程度光吸收程度不同的性质。不同的性质。2、利用晶体的二向色性可制作偏振器。、利用晶体的二向色性可制作偏振器。五、二向色性：五、二向色性：37现在学习的是第37页，共54页六、六、偏振光的干涉：偏振光的干涉：P1P2CEEeEoE2oE2e3、色偏振：白光入射时出现色偏振。、色偏振：白光入射时出现色偏振。1、装置：、装置：2、相差：、相差：4、应用：偏光显微镜、应用：偏光显微镜38现在学习的是第38页，共54页七、七、偏振光的应用偏振光的应用旋光性

21、旋光性：1、基本概念：、基本概念：（1）旋光现象：偏振光通过某些物质时，光）旋光现象：偏振光通过某些物质时，光的振动面的方向发生旋转的现象。的振动面的方向发生旋转的现象。旋光物质：能产生旋旋光物质：能产生旋光现象的物质。光现象的物质。旋光性：旋光物质的使光振动面发生旋旋光性：旋光物质的使光振动面发生旋转的性质。转的性质。右旋与左旋：迎着入射光，光振动面顺时针右旋与左旋：迎着入射光，光振动面顺时针旋转，称右旋；光振动面反时针旋转，称左旋转，称右旋；光振动面反时针旋转，称左旋。旋。右旋物质右旋物质左旋物质左旋物质39现在学习的是第39页，共54页2、旋光率、旋光率:旋光率旋光率与物质性质、温度及与

22、物质性质、温度及光波波长有关。光波波长有关。（1）固体：）固体：40现在学习的是第40页，共54页（2）溶液：）溶液：表示溶液在温度时对波长的光的旋光率表示溶液在温度时对波长的光的旋光率单位：旋光率常用单位：旋光率常用度度.cm3/g.dm作单位。则作单位。则c的单位取的单位取g/cm3，L的单位取的单位取dm，旋光角，旋光角 的单位取的单位取度度。如如t=200C，采用钠光时，旋，采用钠光时，旋光率记为光率记为41现在学习的是第41页，共54页（3）比较法）比较法 测溶液浓度：测溶液浓度：A、若已知、若已知 ，L：测出：测出，便可求出，便可求出c B、若未知、若未知 ：则用比较法求出：则用比

23、较法求出c 在同样条件下，先测已知浓度在同样条件下，先测已知浓度co溶液的溶液的旋光角旋光角 0，再测未知浓度，再测未知浓度cx的同种溶的同种溶液的旋光角液的旋光角 x。42现在学习的是第42页，共54页不同波长的光通过同一旋光物质时，振动不同波长的光通过同一旋光物质时，振动面旋转角度不同的现象。面旋转角度不同的现象。（4）旋光率可正可负：为正（）旋光率可正可负：为正（+）表示）表示右旋，为负（右旋，为负（-）表示左旋。（旋光率在）表示左旋。（旋光率在药典中又称比旋率）药典中又称比旋率）3、旋光色散：、旋光色散：43现在学习的是第43页，共54页（1）旋光计（偏振计）：利用旋光性测定）旋光计（

24、偏振计）：利用旋光性测定溶液浓度的仪器。溶液浓度的仪器。以视野最以视野最暗为标准暗为标准读数。读数。（2）为提高准确率，）为提高准确率，在起偏器中装半荫板或在起偏器中装半荫板或三荫板，以暗视野中明三荫板，以暗视野中明暗分界线消失为标准读暗分界线消失为标准读数。数。（旋光物质）（旋光物质）4、旋光计（糖量计）：、旋光计（糖量计）：44现在学习的是第44页，共54页（A的偏振化方向与视的偏振化方向与视野左边偏振光的光振动野左边偏振光的光振动方向垂直）方向垂直）（设半荫板的旋（设半荫板的旋光物质在右边）光物质在右边）（A的偏振化方向与视的偏振化方向与视野右边偏振光的光振野右边偏振光的光振动方向垂直）

25、动方向垂直）（A的偏振化方向的偏振化方向 在视野左、右偏振光的在视野左、右偏振光的光振动方向钝角夹角的光振动方向钝角夹角的角平分线上）角平分线上）45现在学习的是第45页，共54页 第四节、光的吸收第四节、光的吸收1 1、单色光：单一波长成分的光。、单色光：单一波长成分的光。=0 0 一、光的颜色：一、光的颜色：波长宽度波长宽度 单色性单色性 滤色片滤色片色散光谱色散光谱原子灯原子灯激光激光获得单色光获得单色光的方法的方法46现在学习的是第46页，共54页2 2、复色光：多种波长成分的光。、复色光：多种波长成分的光。3 3、互补光：两、互补光：两种色光，若按种色光，若按一定比例混合一定比例混合

26、后成为白光，后成为白光，这两种光为互这两种光为互补光。其颜色补光。其颜色为互补色。为互补色。4、三原色：红、绿、蓝。、三原色：红、绿、蓝。47现在学习的是第47页，共54页1、光的吸收：物质对光的吸收。物质吸、光的吸收：物质对光的吸收。物质吸收光的程度不但与物质本身有关，而且与收光的程度不但与物质本身有关，而且与光的波长有关，即具有选择性。光的波长有关，即具有选择性。2、物体的颜色：、物体的颜色：体色：透明物体的颜色由其透体色：透明物体的颜色由其透射光的颜色决定。射光的颜色决定。表面色：不透明物体的颜色由表面色：不透明物体的颜色由其反射光的颜色决定。其反射光的颜色决定。物体物体吸收吸收其互其互

27、补色补色二、物体的颜色二、物体的颜色48现在学习的是第48页，共54页当光强为当光强为I的平行单色光，通过厚度为的物的平行单色光，通过厚度为的物质后，光强按负指数规律下降。质后，光强按负指数规律下降。吸收系数吸收系数：与物质的性质有关，与光的波长有关：与物质的性质有关，与光的波长有关三、朗伯三、朗伯比尔定律比尔定律1、朗伯定律：、朗伯定律：49现在学习的是第49页，共54页当溶液浓度不很大时，吸收系数与溶液浓当溶液浓度不很大时，吸收系数与溶液浓度成正比。度成正比。（适用条件：单色平行光，溶液浓度不很（适用条件：单色平行光，溶液浓度不很大）大）2、朗伯、朗伯比尔定律：比尔定律：50现在学习的是第

28、50页，共54页吸收度（吸光度、光密度、吸收度（吸光度、光密度、消光度消光度D）吸收系数（消光系数）吸收系数（消光系数）通过溶液对通过溶液对 光的吸收测定溶液浓度的方法光的吸收测定溶液浓度的方法3、比色法：、比色法：51现在学习的是第51页，共54页在同样条件下，先测已知浓度在同样条件下，先测已知浓度co溶液的吸收溶液的吸收度度Ao，再测未知浓度，再测未知浓度cx的同种溶液的吸收的同种溶液的吸收度度Ax4、比较法、比较法 测溶液浓度：测溶液浓度：（1）若已知）若已知E，l：测出：测出A，便可求出，便可求出c（2）若未知）若未知E：则用比较法求出：则用比较法求出c 52现在学习的是第52页，共54页R为调零电为调零电位器：纯溶位器：纯溶剂时使剂时使G满满偏。偏。为了提高测量灵为了提高测量灵敏度，单色光与敏度，单色光与溶液颜色互补。溶液颜色互补。滤色片的单色性滤色片的单色性较差，波长宽度较差，波长宽度近近10nm。四、光电比色计四、光电比色计53现在学习的是第53页，共54页五、分光光度计分光光度计用色散光谱获得单色性较好的单色光。根据波长范围分为：可见光吸收光谱、紫外吸收光谱、红外吸收光谱。1、2：联动的旋转扇面镜（斩光器）3：狭缝4、5、6、7、8：凹面镜9：平面镜10、11：吸收池12：光电倍增管作业：P2184、6、12、14、1754现在学习的是第54页，共54页