高等光学课件cxr__第13讲资料.

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临界角与折射率关系
Chapter
临界角定义及计算公式
临界角定义
当光线从光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角。当入射角增大到某 一角度时，折射光线完全消失，只剩下反射光，这个现象叫做全反射，此时的 入射角叫做临界角。
计算公式
临界角C满足公式sinC = 1/n，其中n是光密介质相对于光疏介质的折射率。
随着入射角的增大，折射角也增大，但折射光线越来越 弱。
入射角增大到临界角发生全反射
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临界角的定义
当入射角增大到某一特定 角度时，折射光线完全消 失，只剩下反射光线，这 个特定角度称为临界角。
全反射的发生条件
光从光密介质进入光疏介 质，且入射角大于或等于 临界角。
全反射现象的特点
全反射发生时，全部光线 都被反射回原介质中，没 有折射光线。
光子晶体中的全反射
光子晶体是一种具有周期性折射率变化的人工材料。通过设计光子晶体的结构和折射率分 布，可以实现特定波长和入射角度下的全反射现象。这种全反射现象在光子晶体器件的设 计和制造中具有重要应用。
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优势
光纤具有传输容量大、传输距离远、抗干扰能力强 、保密性好等优点，因此在通信领域得到广泛应用 。
光纤通信原理简介
光的全反射原理
当光线从光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于或等于 临界角，就会发生全反射现象，即光线全部反射回光密介质 中。
光纤通信原理
在光纤通信中，发送端将电信号转换成光信号，通过光纤传 输到接收端，接收端再将光信号转换成电信号。由于光纤的 全反射特性，光信号能够在光纤中长距离传输而不衰减。
反射光线
反射光线遵循反射定律，即反射光线、入射光线和法线在同一平面内 ，且反射角和入射角相等。

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各半波带的面积相等，各波带上的子波源的数目也相等。所以相邻两带在P点
振动的贡献相互削弱，即为相消干涉。
A
A1
a
A2
A3
B

2
P

O f
故在给定的衍射角中，若BC刚好截成偶数 则P点为相消干涉而出现暗纹；
个半波带，
则P点为相长干涉而出现亮纹(多余的一个半
若BC刚好截成奇数个半波带，
波带不能被抵消);
平行衍射光在焦平面上相干汇聚
每一束平行光经透镜L2汇聚后，聚焦于L2焦平面上的一点。 对同一束平行光而言，它们来自同一波前上的各个子波，因 此满足相干条件。
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每一束平行光都在光屏上进行相干叠加，其相干叠加后的振幅， 则由他们的光程差决定。
显然，对于 =0的一束，其中每条光线的光程都相等，因而叠 加结果相互加强，即为中央亮纹。
一、单缝夫琅禾费衍射
1、装置和现象
E
L1
L2
S
a A
Df
L1、 L2 缝宽a
透镜 A：单缝
E：屏幕
缝屏距D（L2之焦距f）
中央 明纹
9
夫朗禾费单缝衍射图样是一组与狭缝平行的明暗相间的条纹，其中中央条纹 最亮最宽。
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2、惠更斯－菲涅耳原理分析衍射过程
平行衍射光的获得
设平行入射光垂直投射到缝K上，其波前与 缝平面AB重合。按惠更斯原理，波前上的每 一点都可看成发射球形子波的波源，而每个 子波源都可以向前方各个方向发出无穷多束 光线，统称为衍射光，如图中A点的1，2， 3…光线都是衍射光线。
O
每个子波源所发出的沿同一方向的平行光构 成了一束平行衍射光。
如光线系1，光线系2，…等构成无穷多束 平行衍射光。

)2
d
sin
2
单缝衍射因子
2
sin N 多光束干涉因子 sin
透镜 L
观察屏 P
o
焦距 f
图样特征：单缝衍射因子调制多光束干涉图样。
单缝衍射光强
I单
曲线
-2
-1
0
1
多光束干涉光强曲线
2 sin(/a)
-8 -4
光栅衍射 光强曲线
012 34 I
-8
-4
0
4
8 sin(/d) 8 sin(/d)
k 级主极大为暗纹——缺级
主极大缺级：kdk k 1,2
a
例 光栅刻线500条／mm, d/a=2, ＝589nm，
求缺级 答：只能看到0，±1和±3，共5条亮 线。
暗纹和次级大 (km)时
N
I
(
)
sin
I(
0
sin N
)2 (
sin
)2
a sin
d sin , N 缝总数
后 =n(r2-d)n'd-nr1
光程差的改变:
后 - 前=(n - n)d
透镜不会产生附
1
加光程差
S· 2
·S
3
13.1.1 杨氏干涉
x p
r1
·x
Sd
r2
o
D
d= 0.1~1mm; D=1~10m; x=1~10cm (θ很小)
光程差: r2r1dsinddtanD xd
p
r1
·x
S d
r2
平均波长及波长差
K级谱线
d sin k( )
d
sin
(k

M gF2
n1 1 n2 138
n3 150
r2nd(2k1)2
k 0 ,1 ,2 min
最薄的膜 k=0 , 此时
d4 n245 5 1 0 .3 081000Å
k取其它值亦可, 但d不能太厚。(时间相干性)
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例3. 氦氖激光器的谐振腔反射镜, 对波长=6328Å
的单色光的反射率在99%以上, 为此反射镜采
d
条纹全部集中到屏中心。
x
P
x
O
Δx
Δx
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x k Dd x(2k1)D d2(k0,1 ,2 )
3ºD、d 一定, xk 同一级上 , xk
若白光入射，每一级都是彩色条纹分布
（中央极大除外）
——色散.
k 3
kk11
k2
k 1 k 2 k 3
4º
xd
D
由此，可测出各种光波的波长.
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2d n2n1 2sin2ik
2ncdosk ( k 1 ,2 , ) m a x
(3)条纹间隔分布
{ 2ncdo k sk 2 n cd o k 1 ( s k 1 ) k2ndsink
k k内疏外密
(4)愈往中心, 条纹级别愈高。
o r环 P
1 d 一定时， k ，i rk
即: o点处的干涉级最高
S
*若改变d
d 中心向外冒条纹 d 中心向内吞条纹
· i i
n
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干涉条纹特征：
(5)光源是白光 彩色干涉条纹
2d n2n1 2sin2ik
2ncdosk ( k 1 ,2 , ) m a x
S
1º透射光也有干涉现象
明暗条件为