光学习题课-田浩.ppt

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1、1 1、光波的相干条件:、光波的相干条件:频率,振动方向,相位差 获得方法:分波前,分振幅 3 3、空间相干性和时间相干性、空间相干性和时间相干性空间相干性(光源宽度的影响)时间相干性(光源单色性的影响)4 4、干涉应用、干涉应用等厚干涉等倾干涉薄膜干涉:光的干涉双缝干涉:2 2、光的干涉加强和减弱的光程差条件、光的干涉加强和减弱的光程差条件明纹 暗纹 注意洛埃镜的反射光半波损劈尖干涉牛顿环干涉增反(透)膜及迈克耳逊干涉仪干涉问题的分类:干涉问题的分类:习题选讲1、双缝干涉问题;2、等厚干涉(包括劈尖、牛顿环等)问题;3、干涉问题的应用,如增透(反)膜、迈克耳逊干涉仪等;例题1、洛埃镜实验装置

2、中,光源S到观察屏的距离为1.5m,到洛埃镜面的垂直距离为2mm。洛埃镜的长度为 40cm,置于光源和屏之间的中央。(1)若光波波长为500nm,问条纹间距是多少?(2)确定屏上可以看见条纹区域的大小,此区域共 有几条条纹?2mm0.4m1.5m(1)(2)解:例题2、波长为的平面单色光以角斜入射到缝间距为d的 双缝上,若双缝到屏的距离为D(d),如下图。试求:(1)各级明纹的位置;(2)条纹的间距;(3)若使零级明纹移至屏幕O点处,则应在 缝S2处放置一厚度为多少的折射率n的 透明介质薄片。S1S2POD AB解:(1)P点处的光程差为:K级明纹条件:(2)条纹的距离为:(3)设在缝S2处放

3、了厚度为t,折射率为n的透明介质薄片后,则在点处两光线的光程差为:若使零级条纹回到屏幕中心的O点,则有 ,因而折射率为n的透明介质薄片的厚度为S1S2POD 于是,例题3、一油滴(n=1.20)浮在水(n=1.33)面上,用白光垂直照射,如图所示。试求:(1)油滴外围最薄的区域对应与亮区 还是暗区?(2)从油滴边缘数起第3个蓝色区域(480nm)的油层约有多厚?(3)为什么随着油层变厚而彩色逐渐 消失。油油水水(2)蓝色的波长为480nm第3个 蓝区对应的油层厚度为解:(1)在两个分界面上反射光 都有半波损失,因此明纹:2nd=k,k=0,1,2,.暗纹:2nd=(k+1/2),k=0,1,2

4、,.最薄处d=0,因此对应的区域为亮区。(3)因为油膜厚到一定程度后,其上下表面反射光的光 程差接近或大于光的相干长度,因而干涉条纹消失,彩色消失。例题4、一个折射率为n1=1.5的平凸透镜,其球面半径为R放在 折射率为n2=n1,n3=1.75的两种矩形平板玻璃上,如 图所示。设用波长为的单色光正入射。试求:(1)在透镜和平板玻璃间为空气时,第k级牛顿环明纹的半 径;(2)在透镜和平板玻璃间充满n=1.6的透明液体 时,牛顿环如何?解:(1)如图所示。设第k级牛顿环 的半径为rk,则该处空气膜厚度该处光程差为对亮条纹有条纹是同心圆环,中心处为暗条纹。Rn1n2n3dr O(2)当在透镜和平板

5、玻璃间充满n=1.6的透明液体时,在半径为r处有右侧光程差:左侧:若均为明纹,左右两边同一级明纹半径不等,右边的接触点为明纹,而左边为暗纹,形成一错开的半圆型图像。Rn1n2n3dr O例题5、钠光灯发射的黄线包含两条相近的谱线,平均波长 为 。在钠光下调节迈克尔逊干涉仪,人们发现 干涉场的反衬度随镜面移动而周期性地变化。实测的 结果由条纹最清晰到最模糊,视场中吞(吐)490圈 条纹,求钠双线的两个波长。解:对于波长为 的光,光程变化为对于波长为 的光,光程变化为因为由清晰变成模糊,所以 和 差1/2。空气中解得光的衍射1、衍射分类菲涅尔衍射夫琅和费衍射2、单缝的夫琅和费衍射波带法 积分法3、

6、圆孔的夫琅和费衍射爱里斑的半角宽度4、光栅的夫琅和费衍射(单缝衍射+多缝干涉)5、X射线的衍射布拉格公式 2d sin =k (k=1,2,3,)例6、波长为 6000 埃的单色光垂直照射宽 a=0.30mm 的 单缝,在缝后透镜的焦平面处的屏幕上,中央明纹 上下两侧第二条暗纹之间相距 2.0mm,求透镜焦距。且距中央亮纹中心的距离为 解:由第二暗纹 k=2得:xa 例题7、如图所示,狭缝的宽度a=0.60mm,透镜焦距 f=0.40m,有一与狭缝平行的屏放置在透镜焦平面处。若以单色 可见平行光垂直照射狭缝,则在屏上离点O为x=1.4mm 处的点P,看到的是衍射明条纹,试求:(1)该入射波的波

7、长;(2)点P条纹的级数;(3)从点P看来对该光波而言,狭缝处的波阵面可作 半波带的数目。LaxPOf解:(1)单缝衍射中的明纹条件为 可见光波长400nm时,k=4.75;760nm时,k=2.27。k=4,入射光波长为466.7nm,k=3,入射光波长为600nm。(3)半波带数目为2k+1 解:由光栅方程 (1)光栅常数(2)缺级即干涉主极大与单缝衍射极小重合,即例题8、波长为6000埃的单色光垂直入射在一光栅上。第二 级明纹出现在sin=0.20 处,首次缺级为第四级。试求:(1)光栅常数;(2)光栅上狭缝宽度;(3)屏上呈现的全部级数。(3)由例题9:在比较两条单色X射线谱线波长时,

8、注意到谱线A在 与某种晶体的光滑表面成300的掠射角处,出现第1 级反射极大。谱B(已知具有波长0.097nm)则在与同 一晶体的同一表面成600的 掠角处,出现第3级反射 极大,试求谱线A的波长。将两式相除,得所以:解:设谱线A的波长为A,谱线的波长B。按给定条 件,由布喇格公式有例题10:有一束自然光和线偏振光组成的混合光,当它通过 偏振片时改变偏振片的取向,发现透射光强可以变 化7倍。试求入射光中两种光的光强度各占总入射 光强的比例。解:设入射光的总光强为I0,其中线偏振光的光强为I01,自 然光的光强为I02.在该光束透过偏振片后,其光强由 马吕斯定律可知:当=0时,透射光的光强最大,当=/2时,透射光的光强最小,入射总光强为:I0=I01+I02

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