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1、,DUT 常葆荣,1,2023/10/27,射线,X射线,紫外线,红外线,微波,可见光,外层电子跃迁,核内粒子作用,内层电子跃迁,分子振动转动,核、电子自旋,晶体、电子线路振荡,无线电波,360760nm,电磁波谱,DUT 常葆荣,2,2023/10/27,第三篇 光学,第12章 光的干涉,第13章 光的衍射,第14章 光的偏振,第15章 光与物质相互作用,第11章 几何光学的基本概念,3,11.1 几个重要的基本概念,11.2 物和像,11.3 薄透镜,第11章 几何光学的基本概念,DUT 常葆荣,4,2023/10/27,什么是几何光学?,用几何的方法研究光的传播、成像等物理现象。,当光的
2、波长、振幅与研究中的其他长度比较，可以忽略时，可以用这种方法。,什么情况下可以用几何的方法研究光学问题?,11.1 几个重要的基本概念,DUT 常葆荣,5,2023/10/27,一、光学长度和光程,光学长度L几何长度折射率 任意一条线,均匀媒质,非均匀媒质,L=l n,光程L几何长度折射率 沿真实的光的轨迹,N(真),M,A,B,（真）,沿M路径的光学长度,海市蜃楼,DUT 常葆荣,6,2023/10/27,光在某种媒质中的光程可以折合为光在相同的时间内在真空中传播的距离。,介质中,t 时间内,介质中路程 r,真空中路程 x,-）,光程差,DUT 常葆荣,7,2023/10/27,二、费马原理
3、,在一条光线上的两点之间，光沿着光学长度为最短的路径传播,光传播的实际路径是一条所需时间T为极小值的路径。,特殊情况还有“极大值”、“稳定值”。,极值,DUT 常葆荣,8,2023/10/27,三、光在均匀各向同性媒质中传播定律,1.光的直线传播定律：光在均匀媒质中沿直线传播,2.光的折射定律和反射定律,n1n2,i2,DUT 常葆荣,9,2023/10/27,一、物空间和像空间,1.物空间：光学成像中物可能达到的空间。,2.像空间：光学成像中像可能达到的空间。,P,实物点,实像点,P,R,虚物点,二、物点和像点,Q,虚像点,实物点组成实物，虚物点组成虚物；实像点组成实像，虚像点组成虚像。,1
4、1.2 物和像,DUT 常葆荣,10,2023/10/27,一、薄透镜,与焦距相比，厚度可以忽略不计,F F,f f,二、焦点和焦平面的特点,焦点,焦平面,波阵面,所有光线等光程,过光心的光线不改变方向,11.3 薄透镜成像,DUT 常葆荣,11,2023/10/27,物,三、薄透镜的成像,s,s,成像公式,当薄透镜物空间和像空间的折射率（n=n)，则,像,1.公式法,DUT 常葆荣,12,2023/10/27,2.作图法,物,实像,虚像,DUT 常葆荣,13,2023/10/27,干涉现象与相干条件 杨氏双缝干涉 光的时空相干性 分振幅干涉 迈克尔孙干涉仪,第十二章 光的干涉,DUT 常葆荣
5、,14,2023/10/27,一、相干光和相干条件,1、波的独立性原理和叠加原理,独立性原理:几个波源产生的波，在同一空间传播时，无论相遇与否，都将各自独立的保持其原有的特性。,叠加原理：相遇区域中任意一点的振动，是每一列波各自单独存在时所引起该点振动的合成。,S2,S1,12.1 干涉现象与相干条件,光矢量,DUT 常葆荣,15,2023/10/27,2、相干条件,r1,r2,波函数：,DUT 常葆荣,16,2023/10/27,在交叠区,（干涉项）,DUT 常葆荣,17,2023/10/27,当 I12 处处为0 时 IP=I1+I2 称作非相干叠加 不相干。,I12不处处为 0 的条件相
6、干条件,=,(1)1=2 两束光频率相同,DUT 常葆荣,18,2023/10/27,（2）两束光的初相位差恒定,DUT 常葆荣,19,2023/10/27,相干条件,满足相干条件,DUT 常葆荣,20,2023/10/27,3、相干光叠加光强分布,只是空间的函数，因此光强在空间呈稳定分布。,当,当,干涉相长：振幅、光强有极大值的点,干涉相消：振幅、光强有极小值的点,DUT 常葆荣,21,2023/10/27,原子发光具有随机性、间断性，即使同一个原子发出的前后两列波，也很难保证同时满足三个相干条件。要获得相干光需要采取特殊的方法.,4、获得相干光的主要方法,分波阵面法,具有确定相差的波阵面上
7、的两个次级子光源是相干的。,分振幅干涉法,杨氏双缝干涉,薄膜干涉,DUT 常葆荣,22,2023/10/27,S,d,一、现象,12.2 杨氏双缝干涉,条件：,DUT 常葆荣,23,2023/10/27,二、光强分布,（明）,（暗）,DUT 常葆荣,24,2023/10/27,三、条纹位置,明,暗,=,DUT 常葆荣,25,2023/10/27,明条纹中心：,暗条纹中心：,说明（对于确定的单色光）：,（1）条纹等间距分布，条纹宽度为,（2）计算波长值,（3）波长大，条纹间距大；波长小，条纹间距小。,白光干涉？,DUT 常葆荣,26,2023/10/27,杨氏双缝干涉实验中，在下列情况下条纹将如
8、何变化？,1、双缝间距增大,xk减小，x减小，条纹变密向中央0级移动,3、缝光源S逐渐加宽,条纹变的模糊不清,2、缝光源S平行双缝连线方向上下移动,S上移，条纹下移,S下移，条纹上移,4、缝光源S向双缝屏移近,不变,5、双缝的宽度增加,条纹变的模糊不清,6、双缝与屏间介质折射率增大,xk减小，x减小，条纹变密向中央0级移动,S,S,O,O,DUT 常葆荣,27,2023/10/27,四、洛埃镜实验,直射光光程,S,明,暗,=,与杨氏双缝比较：,（1）条纹间距一样,（2）只在部分区域有干涉条纹,（3）明暗条纹中心位置交换。,S/,DUT 常葆荣,28,2023/10/27,条纹移动 N=4,杨氏双缝实验，=500nm，在一光路中插入玻璃片（n=1.5）后0点变为4级明纹中心。求：玻璃片厚度e。,解：光程差改变,DUT 常葆荣,29,2023/10/27,
