文档介绍：大学物理学波动光学的学****总结
(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院131715班北京 100191)
摘要:文章就大学物理学中的波动光学中的核心部分包括干涉,衍射,偏振部分的知识做了梳理, 并就对推动波动光学理论建立的光学实验做了总结性的介绍和研究。
关键词:波动光学干涉衍射偏振实验
19世纪初,人们发现光有干涉、衍射、和偏振等现象。例如,在日常生活中常可看到在太阳光的照耀下,肥皂泡或水面的油膜上会呈现出色彩绚丽的彩色条纹图样;又如,让点光源发出的光通过一个直径可调的圆孔,在孔后适当位置放置一屏幕,逐渐缩小孔径,屏幕上上会出现中心亮斑,周围为明暗相间的圆环形图案等等。这些现象表明光具有波动性,用几何光学理论是无法解释的。由此产生了以光是波动为基础的光学理论,这就是波动光学。19世纪60年代,麦克斯韦建立了光的电磁理论,光的干涉,衍射和偏振现象得到了全面说明。
本文将从光的干涉衍射和偏振来讨论光的波动性以及波动光学中的经典实验。
光的干涉
光波
定义光波是某一波段的电磁波,是电磁量E和H的空间的传播.
光的干涉
定义满足一定条件的两束(或多束)光波相遇时,在光波重叠区域内,某些点合光强大于分光强之和,在另一些点合光强小于分光强之和,因而合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布,称为光的干涉现象,光波的这种叠加称为相干叠加,合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布称为干涉条纹,其中强度极大值的分布称为明条纹,强度极小值的分布称为暗条纹.
相干条件
表述两束光波发生相干的条件是:频率相同,振动方向几乎相同,在相遇点处有
恒定的相位差.
定义两列光波传播到相遇处的光程之差称为光程差;两列光波传播到相遇处的相位之差称为相位差.
表述在满足三个相干条件时,两相干光叠加干涉场中各点的光强为
式子中,相位差保持恒定,若则
实验装置与现象如图1所示,狭缝光源S位于对称轴线上,照明相距为a的两个狭缝和,在距针孔为D的垂轴平面上观察干涉图样,装置放置在空气(n=1)中,,屏幕上的是平行、等间距的明暗相间的直条纹,屏幕上P点的光程差为
相应明暗纹条件是\
干涉条纹的位置是
式中,整数k称为干涉级数,用以区别不同的条纹.
实验装置如图2所示,扩展单色光源照射到薄膜上反射光干涉的情况,光源发出的任一单条光线经薄膜上下两个面反射后,形成两条光线①、②,在实验室中可用透镜将它们会聚在焦平面处的屏上进行观察,在膜的上下两个表面反射的两束光线①和②的光程差为
二、光的衍射
定义一束平行光通过一狭缝K,在其后的屏幕上将呈现光斑,若狭缝的宽度比波度大得多时,屏幕E上的光斑和狭缝完全一致,如图3 Ca)所示,这时可成光沿直线传播的;若缝宽与光波波长可以相比拟时,在屏幕E上的光斑亮度虽然降低,但光斑范围反而增大,如图3 Cb)所示的明暗相间的条纹,这就是光的衍射现象,称偏离原来方向传播的光为衍射光.
表述任何时刻波面上的每一点都可以作为子波的波源,从同一波面上各点发出的子波在空间相遇时,可以相互叠加产生干涉.
定义光源到障碍物,或障碍物到屏的