第十二章 波动光学1

大学物理 第十二章 波动光学2

第十二章 波动光学

几何光学： 几何光学：研究光在透明介质中传播问题 光学 波动光学：以光的波动性为基础， 波动光学：以光的波动性为基础，研究光

的传播及其规律问题

量子光学：以光的量子理论为基础， 量子光学：以光的量子理论为基础，研

究光与物质相互作用的规律

光的干涉

波动光学

光的衍射 光的偏振

光的干涉（Interference

§12. 1 光源 单色光

light） of light）

相干光

光是电磁波：是频率在一定范围内电磁波（ 一、光是电磁波：是频率在一定范围内电磁波（波 长在400 760nm 是对人眼能产生视觉的电磁波。 长在 400～760nm ) ， 是对人眼能产生视觉的电磁波 。

电磁波是横波。 电磁波是横波。

_ E u Z H

引起视觉和化学效 应的是电磁波中的 Y 电场强度矢量E， 因此，常把 E 矢 量称为“ 光矢量” 量称为 “ 光矢量 ” 。

二、电磁波谱

波长： 波长： _ 105 电磁波： 电磁波：工业电 10-3 m _ 770 nm 红外线 10-7

_ 10-13 _射线 104 _ 1 无线电波 760 _ 400 nm 1 _ 10-3 (m) 微波 400 _ 1 nm

紫外线 _lt;10-14 (m) 宇宙射线

可见光 3 _10-8 _ 10-14 γ射线

4000 紫

7600 红 400——450——500——550——600——650——760nm 紫 蓝 绿 黄 橙 红

三. 光源 任何发光的物体都称为光源。 任何发光的物体都称为光源。 光源的最基本发光单元是分子、原子。 光源的最基本发光单元是分子、原子。

能级跃迁辐射 E2 波列

ν = (E2-E1)/h

E1 波列长L = τ c 波列长 (τ≈10-8 s)

姓名 __________ 学号 ____________ 《大学物理Ⅱ》答题纸 第十二章

1 第十二章 波动光学（一）

一. 选择题

[ C ]基础训练2. 如图16-19所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，若薄膜的厚度为e，并且 n1＜n2＞n3，1为入射光在折射率为n1的媒质中的波长，则两束反射光在相遇点的相位差为

（A） 2n2e /（n1 1） （B）[4n1e /（n2 1）] + 

（C） [4n2e /（n1 1）]+ （D） 4n2e /（n1 1）

参考解答：真空中波长= n11。考虑半波损失后的总光程差=2 n2e+

n11/2，故相位差=(2 n2e+ n11/2)*2 n11[4n2e /（n1 1）]+。

[ B ]基础训练6. 一束波长为的单色光由空气垂直入射到折射率为n的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为

（A）  （B）  / （4n） （C）  （D）  / （2n）

参考解答：反射光要干涉加强，其光程差应为半波长的偶数倍，故薄膜的最小厚度h应满足如下关系式：212nh(要考虑半波损失)，由此解得/(4)hn。

[ B ]基础训练8. 用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上。当平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离平面玻璃时，可以观察到这些环状干涉条纹

（A） 向右平移 （B） 向中心收缩

（C） 向外扩张 （D） 静止不动 （E） 向左平移

参考解答：根据牛顿环公式，此时固定位置的k变大。

[ A ]基础训练9. 两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射。若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的

§13.13 双折射现象与光的偏振

一、晶体的双折射现象

1669年荷兰人巴托莱纳(E.Bartholinus)无意将一块很大的方解石(又称冰洲石,化学成分是()放在书上,他惊奇地发现,书上每一个字都变成了两个字.他将此现象记载下来.十年后,惠更斯研究了这一现象,他认为一个字有两个像,表明一束光通过方解石后变成了两束光.一束光在各向异性介质中折射成两束光的现象,称为双折射现象.

双折射现象的出现是由于晶体的各向异性.具体来说,在某些透明晶体中光沿不同的方向具有不同的传播速度.具有这种性质的晶体,称为双折射晶体.我们设想在各向同性的均匀介质中有一点光源s,在任意瞬间光波的波面总是球面.而在均匀的双折射晶体中,点光源s发出的光波波面却有两组,一组是球面,另一组是旋转椭球面.如图13.41所示.这两组波面在某一方向上彼此相切,如图中QQ'的方向,这个方向称为晶体的光轴.

在一般情况下,当平行自然光垂直入射到晶体的表面时,根据惠更斯原理,被照射的晶体表面上各点都是发射子波的波源,而子波的波面有球面和椭球面两种,所以子波波面的包络面也应有两种,即球面的包络面和椭球面的包络面.于是折射光将分成两束,如图13.42(a)所示.由球面的包络面形成的折射光,称为寻常光,用o表示;由椭球面的包络面形成的折射光,称为非常光,用e表示.寻常光o是遵从折射定律的,而非常光e不遵从折射定律.如果晶体表面的法线恰好与光轴重合,使垂直入射的自然光正好沿光轴方向,这时两种波面的包络面相重合,o光和e光相重合,即不发生双折射现象,如图13.42(b)所示.

实验表明,当自然光射入双折射晶体时,两束折射光o和e都是线偏振光.在图13.42的情况下,o光和e光的振动方向互相垂直.所以,如果能将寻常光与非常光分开,那么就可以利用双折射晶体由自然光获得线偏振光. AAAAAAAAABGG光波面o光波面e光e光e光e光e)(a)(a)(0i入射光••••••••AB)(b)(0i入射光G光eo,光eo,射现象惠更斯做图法解释双折图4213.波面o波面e光轴Q'Qs•光的波面光和图eo4113.

姓名 __________ 学号 ____________ 《大学物理Ⅱ》答题纸 第十二章

1 第十二章 波动光学（一）

一. 选择题

训练2. 如[ C ]基础图16-19所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，若薄膜的厚度为e，并且 n1＜n2＞n3，1为入射光在折射率为n1的媒质中的波长，则两束反射光在相遇点的相位差为

（A） 2n2e /（n1 1） （B）[4n1e /（n2 1）] + 

（C） [4n2e /（n1 1）]+ （D） 4n2e /（n1 1）

参考解答：真空中波长= n11。考虑半波损失后的总光程差=2 n2e+

n11/2，故相位差=(2 n2e+ n11/2)*2 n11[4n2e /（n1 1）]+。

[ B ]基础训练6. 一束波长为的单色光由空气垂直入射到折射率为n的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为

（A）  （B）  / （4n） （C）  （D）  / （2n）

参考解答：反射光要干涉加强，其光程差应为半波长的偶数倍，故薄膜的最小厚度h应满足如下关系式：212nh(要考虑半波损失)，由此解得/(4)hn。

[ B ]基础训练8. 用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上。当平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离平面玻璃时，可以观察到这些环状干涉条纹

（A） 向右平移 （B） 向中心收缩

（C） 向外扩张 （D） 静止不动 （E） 向左平移

参考解答：根据牛顿环公式，此时固定位置的k变大。

[ A ]基础训练9. 两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射。若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的