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1、and一一 描述波动的物理量描述波动的物理量机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang OyAA-机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 二二 平面简谐波的波函数平面简谐波的波函数此波沿正向传播的波函数为：此波沿正向传播的波函数为：已知任一点已知任一点X0 处的振动方程为：处的振动方程为：清楚各物理清楚各物理量的含义量的含义三三 描述波的几何方法及图线方法描述波的几何方法及图线方法*球球 面面 波波平平 面面 波波波前波前波面波面波线波线机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang O
2、yAA-0A-AO1234*1234机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang yt图线图线:某一某一质点的质点的振动图振动图线线yx图线图线:传播过程中传播过程中某一瞬时的某一瞬时的波形图波形图四四 波的能量波的能量 1.平均能量密度：平均能量密度：2.能流密度能流密度(波的强度波的强度):机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 电磁波的能量电磁波的能量能流密度（坡印廷）矢量能流密度（坡印廷）矢量:波的强度：波的强度：1.波的叠加原理波的叠加原理:a.波传播的独立性波传播的独立性;b.波的可叠加性波的可叠加性机械波机
3、械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 五五 波的干涉波的干涉b.光程光程:机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang c.光程差：光程差：d.相位差相位差:（为真空中对应频率的波长）为真空中对应频率的波长）2.基本概念基本概念a.波程差：波程差：媒质折射率与光的几何路程之积媒质折射率与光的几何路程之积=机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang e.半波损失半波损失 当波从波疏介质垂直入射到波密介质，当波从波疏介质垂直入射到波密介质，反射波反射波在在分界处分界处产生产生 的相位的相位跃变跃
4、变，相当于出现了半，相当于出现了半个波长的波程差个波长的波程差.光从光从光疏介质光疏介质n1射向光密介质射向光密介质n2(n1 n2 )时，时，反射光反射光相位跃变相位跃变 ，相当于出现了半，相当于出现了半个波长的光程差。个波长的光程差。3a.机械波相干条件机械波相干条件 频率相同；频率相同；振动方向平行；振动方向平行；相位相同或相位差恒定相位相同或相位差恒定.4.4.干涉加强、减弱的条件干涉加强、减弱的条件机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 3b.相干光的条件相干光的条件频率相同；频率相同；光矢量光矢量振动方向平行；振动方向平行；相位相同或相位差恒
5、定相位相同或相位差恒定.*其中：其中：机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang P 点处的合振动方程为点处的合振动方程为:两相干波两相干波在点在点P 的的分振动分振动:其他其他 相位差相位差机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 其他其他机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 光程差光程差5 5 驻波驻波（机械波干涉）（机械波干涉）驻波波函数驻波波函数:机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 机械波机械波 波动光学波动光学 SulingS
6、uling ChangChang 6 光的干涉光的干涉杨氏双缝干杨氏双缝干涉涉薄膜等厚干薄膜等厚干涉涉劈劈 尖尖牛顿环牛顿环分振幅法分振幅法分波面法分波面法 杨杨氏氏双双缝缝干干涉涉机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang dDr1r2PxS1S2明纹明纹暗纹暗纹明暗纹中心位置明暗纹中心位置k=0 中央明纹中央明纹k=0k=0第一级暗纹第一级暗纹 相邻明相邻明(暗暗)纹间距：纹间距：机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 双缝干涉图样的特点双缝干涉图样的特点k=1 第一级明纹第一级明纹k=1第二级暗纹第二级暗纹机械波
7、机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang S1S2 洛埃镜：洛埃镜：明纹明纹暗纹暗纹S12ABCD21 n2n1n1i根据具体根据具体情况而定情况而定干涉明暗条纹的条件：干涉明暗条纹的条件：明纹明纹暗纹暗纹机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉明纹明纹暗纹暗纹机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 薄膜等厚干涉之薄膜等厚干涉之劈尖劈尖劈尖干涉劈尖干涉机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 相邻明纹间的厚度差相邻明纹间的
8、厚度差相邻明纹间距相邻明纹间距n2机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 薄膜等厚干涉之薄膜等厚干涉之牛顿环牛顿环明、暗环半径明、暗环半径 行进中的波面上任意一点行进中的波面上任意一点都可看作是新的子波源；所都可看作是新的子波源；所有子波源各自向外发出许多有子波源各自向外发出许多子波；各个子波所形成的包子波；各个子波所形成的包络面，就是原波面在一定时络面，就是原波面在一定时间内所传播到的新波面。间内所传播到的新波面。1.惠更斯原理惠更斯原理机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 六六 波的衍射波的衍射平平 面面 波
9、波 波波的的衍衍射射机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 2.惠更斯惠更斯-菲涅尔原理菲涅尔原理 从同一波前上各点发出的次波是从同一波前上各点发出的次波是相干波相干波，经，经过传播在空间某点相遇时的叠加是过传播在空间某点相遇时的叠加是相干叠加相干叠加。3.光的衍射光的衍射单缝的夫琅禾费衍射单缝的夫琅禾费衍射夫夫 琅琅 禾禾 费费 单单 缝缝 衍衍 射射机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 衍射角衍射角（衍射角（衍射角 ：向上为正，向下为负：向上为正，向下为负.）暗纹暗纹暗纹暗纹中央明纹中心中央明纹中心明纹明纹明
10、纹明纹菲涅耳菲涅耳半波带法半波带法:机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 明、暗条明、暗条纹位置纹位置 其他明纹的线宽度其他明纹的线宽度:线宽度线宽度:机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 中央明纹中央明纹k=1k=1第一级暗纹第一级暗纹k=1 第一级明纹第一级明纹k=2第二级暗纹第二级暗纹k=2 第一级明纹第一级明纹单缝衍射图样的特点单缝衍射图样的特点中央明纹半角宽度中央明纹半角宽度 圆孔衍射圆孔衍射最小分辨角最小分辨角:光学仪器分辨率光学仪器分辨率机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling C
11、hangChang *光学仪器的通光孔径光学仪器的通光孔径d机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 3.衍射光栅衍射光栅衍射和干涉的总效果衍射和干涉的总效果光栅方程：光栅方程：明纹明纹明纹衍射角：明纹衍射角：明纹角宽度：明纹角宽度：明纹位置：明纹位置：明纹间距：明纹间距：机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 谱线缺级谱线缺级:暗纹条件暗纹条件:(m为不等于为不等于N整整数倍的整数数倍的整数)机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang sin I单单sin 0I0单单-2-112
12、(/a)I N2I0单单048-4-8(/d)N=4d=4a七七 光的偏振光的偏振 马吕斯定律马吕斯定律:强度为强度为 的偏振光通过的偏振光通过检偏器后检偏器后,透射光的强度为透射光的强度为:机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 检偏器检偏器起偏器起偏器NM空气空气 布布儒儒斯斯特特定定律律:自自然然光光在在折折射射率率分分别别为为n n1 1和和n n2 2两两种种介介质质的的分分界界面面上上反反射射时时，反反射射光光为为线线偏振光的条件是：偏振光的条件是：tanib=n2/n1机械波机械波 波动光学波动光学 SulingSuling ChangChang 玻璃玻璃空气空气玻璃玻璃