《光学》- 十六

qjtrade2012 · 发表于 2012-10-26 16:57:22

【光程】光在媒质中通过的路程和该媒质折射率的乘积。例如，在折射率为n的介质中，光行进一距离d，光程即为乘积nd，由n的物理意义可知，光在该介质中行经距离d所需的时间，与光在真空中行经nd距离所需的时间相等。这是因为，媒质的折射率等于真空中的光速和媒质中的光速之比，所以光程也就是在相同的时间内光在真空中通过的路程。显然，当光在折射率为n1、n2、…的各介质中行程各为d1、d2…，则光程为
d=n1d1+n2d2+…=Σnidi

【牛顿环】又称“牛顿圈”。光的一种干涉图样，是一些明暗相间的同心圆环。例如用一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触，在日光下或用白光照射时，可以看到接处点为一暗点，其周围为一些明暗相间的彩色圆环；而用单色光照射时，则表现为一些明暗相间的单色圆圈。这些圆圈的距离不等，随离中心点的距离的增加而逐渐变窄。它们是由球面上和平面上反射的光线相互干涉而形成的干涉条纹。在加工光学元件时，广泛采用牛顿环的原理来检查平面或曲面的面型准确度。图4-28为牛顿环的示意图，B为底下的平面玻璃，A为平凸透镜，其与平面玻璃的接触点为O，在O点的四周则是平面玻璃与凸透镜所夹的空气气隙。当平行单色光垂直入射于凸透镜的平表面时。在空气气隙的上下两表面所引起的反射光线形成相干光。如图中所示。光线在气隙上下表面反射（一是在光疏媒质面上反射，一是在光密媒质面上反射）。形成两相干光线，这两光线之间的光程差是

所以

现在我们求与O相距r处的空气层厚度e，由图中的直角三角形得
r2＝R2-（R-e）2=2Re-e
因R＞＞e，所以e2＜＜2Re，可将e2从式中略去，于是

上式说明e与r2成正比，所以离开中心愈远，光程差增加愈快，所

【半波损失】光在被反射过程中，如果反射光在离开反射点时的振动方向对入射光到达入射点时的振动方向恰好相反，这种现象叫做半波损失。从波动理论知道，波的振动方向相反相当于波多走（或少走）了半个波长的光程。入射光在光疏媒质中前进，遇到光密媒质界面时，在

程中产生半波损失，这只是对光的电场强度矢量的振动而言。如果入射光在光密媒质中前进，遇到光疏媒质的界面时，不产生半波损失。不论是掠射或垂直入射，折射光的振动方向相对于入射光的振动方向，永远不发生半波损失。
【全息照相】一种记录被摄物体反射（或透射）光波中全部信息（振幅、相位）的新型照相技术。普通的照相利用透镜成像原理，在感光胶片上记录反映被摄物体表面光强变化的平面像。全息照相不单是记录了被摄物体的反射光波强度（振幅），而且还记录了反射光波的位相。通过一束参考光束和一束被摄物体上的反射光束在感光胶片上迭加而产生干涉现象，可以实现上述的目的。参考光束与反射光束都是从一束相干性极好的激光束分离出来的。感光胶片上记录的干涉图样极为错综复杂，这样的图样称为全息图。由全息图看不出原来被摄物体的表观图像，但是当再用一束激光（或单色光）照射这全息图时，可以透过全息图而看到原物体的具有立体感的形像。这是因为光束经过全息图后又模拟出与原来物体相同的反射光波，这种重构光波状态的效应称为波前重建。全息照相在讯息记录、形变计量等方面有较多的应用。
【光的衍射】光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象。这种现象也体现了光的波动特征。光的衍射现象是光的波动性的最直接，最有力的实验证据。牛顿的微粒模型难以说明光绕过障碍物时发生的弯曲现象，衍射现象只能用波动说解释。根据惠更斯一菲涅耳原理，不仅可以对光绕过障碍物边缘偏离直线传播的现象作一般性的解释，而且能定量分析衍射图样的发光强度分布。光屏上任意一点的发光强度可根据次波迭加推算出来。因此光的衍射现象是光的波动性的最直接、最有力的证据。如图4-29所示，K是一可以调节的狭缝。从光源S发出的光线，穿过K后，在屏幕E上呈现光斑ab。在S、K、E三者的位置已经固定的情形下，ab的宽度是由缝的宽度决定的。当狭缝从一定的宽度逐渐缩小时，穿过缝的光束也逐渐变窄，在屏幕E上的光斑ab随之变窄，但是当缝K缩小到一定程度时，屏幕上的光斑不仅不变窄，反而增宽，如图中a′b′所示。而且光斑的全部亮度也将发生变化，由原来的均匀分布变成一系列明暗条纹。光斑的边缘也将失去明显的界限，变得模糊不清。应当指出。在图4-29中所示的衍射实验装置中，狭缝距光源和屏幕都很近，所以入射光和衍射光均是非平行光束。在光学中，通常把入射光或衍射光不是平行束的衍射，称为菲涅耳衍射。图4-29所示的单缝衍射情况就是一种菲涅耳衍射。在另一些装置中，如果入射光和衍射光都是平行光束，那末，这种衍射称为夫琅和费衍射。显然，观察这种绕射现象需要利用透镜。

【单缝衍射】单缝衍射的实验装置（夫琅和费单缝衍射）如图4-30所示。光源S放在透镜L1的主焦面上，因此通过透镜L1后的光线是一平行光束。这束平行光照射在很窄的单缝K上，一部分穿过单缝，再经过透镜L2在屏幕E上将出现衍射条纹的像。实验指出，平行光（波阵面和透镜的光轴相垂直）经过透镜后，会聚在焦面中间的光线相互加强而产生亮条纹，这就证明，周相相同的平行光线，经过透镜而被聚焦时，它们的周相仍然是相同的。故可认为透镜的存在不引起附加的周相差。图4-31所示为单缝衍射的说明图。设有宽度为a原单缝，在平行单色光的垂直照射下，位于单缝所在处的波阵面AB上的子波沿各方向传播。衍射角（衍射后的平行光束与入射平行光束所成的角）为j的一束平行光经过透镜后，聚焦在屏幕上P点。这种光线的两条边缘光线之间的光程差为

BC=asinj
P点条纹的明暗完全决定于光程差BC的量值。菲涅耳在惠更斯—菲涅耳原理的基础上，提出了将波阵面分割成许多等面积的波带的方法。在单缝的例子中，可以作一些平行于AC的平面，使两相邻平面之间的

分成AA1、A1A2、A2B等整数个波带。由于各个波带的面积相等，所以各个波带在P点所引起的光振幅接近相等。两相领的波带上，任何两个对应点（如A1A2带上的G点与A2B带上的G′点）所发出的光线的

加周相差，所以到达P点时周相差仍然是π，结果任何两个相邻波带所发出的光线在P点将相抵消。由此可见，BC是半波长的偶数倍时，即对应于某给定角度j，单缝恰好能分成偶数个波带时，所有波带的作用成对地相互抵消，在P点处将出现暗条纹；如果
BC是半波长的奇数，亦即单缝可分成奇数个波带时，在P点处将出现明条纹。上述结果可用数学式表示为，当j适合
-λ＜ asinj＜λ
时为零级明条纹，当j适合

时为暗条纹，当j适合

时为明条纹。从K=1，2，3，…分别得到第一级、第二级、…等明条纹或暗条纹。应当指出，对任意衍射角j来说，AB一般不能恰巧分

焦后，形成屏幕上亮度介于最明和最暗之间的中间区域。
【衍射光栅】衍射光栅简称光栅。利用光的多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。它是在一块平面（或凹面）玻璃或镀有金属的反射面上刻上大量相互平行、等宽、等距的刻痕。平面的称为平面的光栅，凹面的称为凹面光栅。平面光栅又可根据所用的是透射光还是反射光而分为透射光栅和反射光栅两种。通常用塑料在做为母模的光栅上复制出与原刻线完全一样的薄膜，把它贴在玻璃片上，制成所谓“复制光栅”或“摹拟光栅”。最新的光栅是利用全息照相方法制做的，叫做“全息光栅”。全息光栅比用机械刻划的光栅的条纹更密，条纹间隔误差更小，因此在很大的应用范围里，刻划光栅逐渐为全息光栅所取代。光栅每单位长度内的刻痕多少，主要决定于所要分光的波长（两刻痕间的距离应与该波长同一数量级），单位长度内刻痕越多，它的色散率越大。而光栅的分辨本领则决定于刻痕的总数。天然晶体内按一定规则排列的微粒，形成所谓“空间光栅”（两微粒间距离比人工刻出来的痕距要小得多），它适用于对X射线的衍射。当一束平行单色光垂直照射在光栅上，光线经过透镜L后，将在屏幕E上呈现各级衍射条纹。图4-32是光栅实验的原理。精制的光栅，在1厘米内刻痕可以多达数万条。图中S是和纸面垂直的线光源，它们于透镜L1的焦平面上，屏幕DD放在透镜L2的焦平面上。在两透镜之间是一块由一系列等宽等间隔的平行狭缝构成的光栅。设各缝的宽度都等于a，相邻两缝间不透明的部分的宽度都等于b。则a+b=d称为“光栅常数”。由光源S发出的光通过L1而出射的平行光照射在光栅上。对光栅中每一狭缝来说，均有单缝衍射的结果，由于光栅中有大量的等面积的平行狭缝，所以最后结果并不是每个单独的狭缝所起的作用，这时最重要的作用来自各个狭缝所发出的光波之间的干涉。即使在某一给定方向上，按单缝衍射将得到明条纹，但由于缝与缝之间光波的相互干涉，最后可能得到暗条纹。因此，光栅的衍射条纹应看作是衍射与干涉的总结果。查衍射角j适合条件

时，由所有相邻狭缝的相应位置射出的光线的光程差是波长的整数倍，因而相互加强形成明条纹。显然，光栅上狭缝的条数愈多，条纹就愈为明亮。上式中k是整数，表示明条纹的级数。而当j角适合条件
（
时，将出现暗条纹。当j角适合条件

时，由各个狭缝所射出的光波都将各自地由于干涉而抵消，形成暗条纹。当然也就谈不上缝与缝之间的干涉作用，在这里即使符合明干涉条纹条件的也没有明条纹出现。由此可见在光栅衍射中，仅当j角满足（a+b）

景，对给定的入射单色光波来说，光栅上每单位长度的狭缝条数愈多，亦即光栅常数a+b愈小，各级明条纹的间隔也愈大，因为这时的j角要大。光栅上狭缝总数愈多透射光束愈强，因此所得明条纹也愈亮。由于这些优点，通常用衍射光栅可以准确地测量光的波长。

xianlingyue · 发表于 2012-11-1 11:01:49

什么都没看到

qjtrade2012 · 发表于 2012-11-1 13:55:48

大哥！关于《光学》的东西还是不要看了，因为我是乱搞进去的，

qjtrade2012 · 发表于 2012-11-6 10:42:20

jiamou1990 · 发表于 2014-7-18 23:58:12

学习ing

SKY520 · 发表于 2015-5-27 17:09:58

分享是美德，谢谢。

gpp · 发表于 2017-8-7 10:04:55

update · 发表于 2018-2-27 10:19:11

很好的理论知识，有兴趣的朋友们可以看看

cgl155410 · 发表于 2019-1-14 11:00:53

JJK-晶振片-何 · 发表于 2019-6-29 15:32:27

理论家

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