[参考]波动光学解析
大学物理之波动光学讲解
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未来发展趋势预测
2024/1/28
01 02 03
拓扑光子学
拓扑光子学是研究光在具有拓扑特性的材料中传播行为的 新兴领域。拓扑保护的光子态具有鲁棒性和缺陷免疫性， 为设计高性能、高稳定性的光学器件和系统提供了新的思 路和方法。
量子光学与量子信息
随着量子技术的不断发展，量子光学与量子信息已成为当 前研究的热点领域。利用光的量子特性，可以实现量子计 算、量子通信和量子精密测量等前沿应用。
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02
干涉现象与原理
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双缝干涉实验及结果分析
03
实验装置与步骤
结果分析
干涉条件
使用激光作为光源，通过双缝装置，在屏 幕上观察到明暗相间的干涉条纹。
双缝干涉实验结果表明光具有波动性，明 暗相间的干涉条纹是光波叠加的结果。
当两束光波的频率相同、振动方向相同、 相位差恒定时，它们叠加后会产生干涉现 象。
超材料
超材料是一种具有特殊物理性质 的人工复合材料，其性质往往超 越自然材料的限制。在波动光学 领域，超材料可用于实现负折射 率、完美透镜、隐身斗篷等奇特 现象和应用。
表面等离激元
表面等离激元是一种存在于金属 和介质界面上的电磁模式，具有 亚波长尺度的场局域和增强效应 。表面等离激元在纳米光子学、 生物光子学和光电子学等领域具 有广泛的应用前景。
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薄膜干涉及其应用实例
薄膜干涉原理
当光照射在薄膜上时，薄膜的前后两 个表面都会反射光，这两束反射光叠 加后会产生干涉现象。
应用实例
肥皂泡、水面上的油膜等都可以观察 到薄膜干涉现象。此外，在光学仪器 中，也常常利用薄膜干涉来增强或减 弱光的反射或透射。
物理高考波动光学精要
物理高考波动光学精要波动光学是物理学中的重要分支之一，涉及到波的传播和波的干涉、衍射等现象。
在高考物理考试中，波动光学是一个重要的考点，考察学生对波动光学基本原理和应用的理解。
本文将对波动光学的精要内容进行归纳总结，帮助考生复习备考。
一、波动光学的基本原理波动光学研究光的传播和光的性质，它的基本原理可以用光的波动性和光的干涉、衍射现象来解释。
1. 光的波动性波动光学起源于光的波动性的发现，它将光看作是横波，具有传播速度、波长和频率等特性。
2. 光的干涉现象干涉是指两个或多个光波相遇时，互相叠加形成干涉图样的现象。
干涉现象证明了光的波动性，并且可以通过干涉图样的特征来确定光的波长和相位差等信息。
3. 光的衍射现象衍射是指光波遇到障碍物或通过狭缝时发生偏折和扩散的现象。
衍射现象也是光的波动性的重要证明之一，它进一步揭示了光的传播和光的波长等特性。
二、光的干涉光的干涉是波动光学中的重要内容，可以分为干涉现象的分类和光的干涉应用两个方面。
1. 干涉现象的分类干涉现象又可分为干涉条纹、干涉色和空气薄膜干涉等。
干涉条纹形成的条件是光的相干性，它可以通过干涉仪器如双缝干涉仪、单缝干涉仪等来观察和研究。
2. 光的干涉应用光的干涉不仅仅是一种现象，还有很多实际应用。
例如，干涉仪器可以用于测量物体的形态和表面的质量，干涉色可以应用于薄膜的质量控制和光学材料的研究等。
三、光的衍射光的衍射是波动光学中的另一个重要内容，主要包括衍射现象的分类和光的衍射应用两个方面。
1. 衍射现象的分类根据不同的衍射形式，光的衍射可以分为菲涅尔衍射、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射等。
衍射现象可以通过衍射仪器如单缝衍射仪、双缝衍射仪等来观察和研究。
2. 光的衍射应用光的衍射具有很多实际应用，例如，可以通过衍射仪器来测量光的波长和光的相位差等信息，光的衍射还可以应用于显微镜、天文学的研究以及光的光栅等方面。
四、物理高考中的波动光学考点在物理高考中，波动光学是一个重要的考点，考察学生对波动光学基本原理和应用的理解和掌握程度。
2024大学物理波动光学4
01波动光学基本概念与原理Chapter波动光学简介光的波动性质光的干涉现象是指两束或多束光波在空间某些区域相遇时，相互作用产生加强或减弱的现象。
光的衍射现象是指光波遇到障碍物或通过小孔时，偏离直线传播路径并发生弯曲的现象。
干涉和衍射是波动光学中的重要现象，可以通过实验进行观测和研究。
光的干涉与衍射现象01光的偏振是指光波在振动方向上具有特定规律的现象。
020304偏振光可以分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光等类型。
光的极化是指光波电场矢量在传播过程中的取向和变化规律。
偏振和极化在光学器件设计、光通信等领域有重要应用。
光的偏振与极化02光的干涉及其应用Chapter实验装置干涉条纹实验意义030201杨氏双缝干涉实验1 2 3薄膜干涉干涉条件应用举例薄膜干涉原理及应用迈克耳孙干涉仪原理及应用干涉原理迈克耳孙干涉仪利用分振幅法产生两束相干光，通过调整反射镜和补偿镜使两束光产生光程差，从而观察到干涉现象。
应用领域01020304利用干涉现象进行长度、角度、形状等物理量的精密测量。
光学测量在光纤通信中，利用干涉原理实现信号的调制和解调。
光学通信利用干涉原理制作光学传感器，用于检测温度、压力、浓度等物理量。
光学传感研究和开发具有特定干涉性能的光学材料，如光子晶体、超材料等。
光学材料干涉现象在科技领域应用03光的衍射及其在现代科技中应用Chapter衍射现象基本概念与分类衍射定义光波遇到障碍物或通过小孔时，偏离直线传播方向，发生不同程度的弯曲，并在障碍物后方的屏上呈现光强分布的现象。
衍射分类根据光源、障碍物及观察屏的距离不同，衍射可分为夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射。
衍射条件当光波波长与障碍物尺寸相当或更大时，衍射现象明显。
夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射原理夫琅禾费衍射01菲涅尔衍射02两种衍射的区别与联系03晶体衍射与X射线衍射技术晶体衍射01X射线衍射技术02晶体衍射与X射线衍射技术的关系03其他应用衍射现象还广泛应用于光学测量、光学通信、光学传感等领域，为现代科技的发展提供了重要支持。
波动光学现象及应用
波动光学现象及应用在我们生活的这个多彩世界中，光的存在和表现形式多种多样。
其中，波动光学所涉及的现象和应用不仅丰富了我们对光的认知，还为众多领域的发展提供了强大的支持。
光，作为一种电磁波，具有波动性。
波动光学就是研究光的波动性所产生的一系列现象以及这些现象在实际中的应用。
先来说说光的干涉现象。
当两束或多束光相遇时，如果它们的频率相同、振动方向相同并且相位差恒定，就会发生干涉现象。
最常见的例子就是杨氏双缝干涉实验。
通过这个实验，我们清晰地看到了明暗相间的条纹，这就是光的干涉所产生的效果。
干涉现象在薄膜干涉中也有体现，比如肥皂泡表面呈现出的五彩斑斓的颜色。
这是因为肥皂泡的薄膜厚度不均匀，不同位置的光程差不同，导致不同颜色的光发生干涉，从而呈现出各种色彩。
光的干涉在实际应用中有着重要的作用。
在光学精密测量方面，干涉测量技术可以用于测量微小的长度变化、表面平整度等。
例如，在制造高精度的光学元件时，通过干涉测量可以确保元件的表面精度达到极高的标准。
在科学研究中，干涉仪可以用来探测天体的微小位移和引力波的存在。
光的衍射现象同样是波动光学中的重要内容。
当光通过一个狭缝或者障碍物时，会发生弯曲和扩散，不再沿着直线传播，这就是光的衍射。
衍射现象在日常生活中也不难观察到，比如我们透过窗户上的小孔看外面的灯光，会发现灯光不再是一个清晰的亮点，而是呈现出模糊的光斑。
衍射现象在光学仪器的设计和制造中有着广泛的应用。
例如，衍射光栅就是利用光的衍射原理制成的。
它可以将不同波长的光分开，广泛应用于光谱分析中，帮助我们了解物质的成分和结构。
光的偏振现象也是波动光学的一个重要方面。
光是一种横波，其振动方向垂直于传播方向。
当光的振动方向只在一个特定的方向上时，就称其为偏振光。
偏振光在很多领域都有应用，比如在 3D 电影中，就是利用了偏振光的原理，让观众通过佩戴特殊的眼镜，看到不同的画面，从而产生立体的视觉效果。
在通信领域，偏振复用技术可以提高通信系统的容量和传输效率。
波动光学(一)答案解析
s 一.选择题[ B]1. 在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是(A) 使屏靠近双缝． (B) 使两缝的间距变小．(C) 把两个缝的宽度稍微调窄．(D) 改用波长较小的单色光源．参考解答：根据条纹间距公式，即可判断。
Dx ndλ∆=[B]2. 在双缝干涉实验中，入射光的波长为 ，用玻璃纸遮住双缝中的一个缝，若玻璃纸中光程比相同厚度的空气的光程大2.5 ，则屏上原来的明纹处 (A) 仍为明条纹； (B) 变为暗条纹；(C) 既非明纹也非暗纹； (D) 无法确定是明纹，还是暗纹参考解答：光程差变化了2.5 ，原光程差为半波长的偶数倍 形成明纹 ，先光程差为半波长的奇数倍，故变为暗条纹。
[A]3. 如图所示，波长为 的平行单色光垂直入射在折射率为n 2的薄膜上，经上下两个表面反射的两束光发生干涉．若薄膜厚度为e ，而且n 1＞n 2＞n 3，则两束反射光在相遇点的相位差为 (A) 4 n 2 e / ． (B) 2 n 2 e / ．(C) (4 n 2 e / ． (D) (2 n 2 e / ．参考解答：此题中无半波损失，故相位差为：。
22222e 4/n n e ππϕπλλλ∆=⨯⨯=光程差＝[B]4. 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，故薄膜的最小厚度应满足如下关系式：(要考虑半波损失)，由此解得h 212nh λλ+=⋅ n 1λ。
/(4)h n λ= [C]5. 若把牛顿环装置(都是用折射率为1.52的玻璃制成的)由空气搬入折射率为1.33的水中，则干涉条纹 (A) 中心暗斑变成亮斑． (B) 变疏．(C) 变密． (D) 间距不变．参考解答：条纹间距，此题中变大，故条纹变密。
波动光学的知识点总结
波动光学的知识点总结波动光学的研究内容主要包括以下几个方面：1. 光的波动性质光是一种电磁波，它具有波长和频率，具有幅度和相位的概念。
光的波长和频率决定了光的颜色和能量，波长短的光具有较高的能量，频率高的光具有较大的能量。
光的波动性质使得光能够在空间中传播，并且能够在介质中发生折射、反射等现象。
2. 光的干涉干涉是光波相遇时互相干涉的现象。
干涉是波动光学中一种重要的现象，它包括两种类型：相干干涉和非相干干涉。
相干干涉是指来自同一光源的两条光线之间的干涉，而非相干干涉是指来自不同光源的两条光线之间的干涉。
在干涉实验中，通常会通过双缝干涉、薄膜干涉等实验来观察干涉现象。
3. 光的衍射衍射是光波通过狭缝或者物体边缘时发生偏离直线传播的现象。
光的衍射是波动光学中的重要现象，它可以解释光通过小孔成像、光的散斑等现象。
在衍射实验中，通过单缝衍射、双缝衍射、菲涅尔衍射等实验可以观察衍射现象。
4. 光的偏振偏振是光波中振动方向的特性，偏振光是指光波中只沿特定振动方向传播的光波。
光的偏振是光波的重要特征之一，它可以通过偏振片、偏振器等光学元件来实现。
在偏振实验中，可以通过偏振片的转动、双折射现象等来观察偏振现象。
5. 光的成像成像是光学系统中的一个重要问题，它涉及到光的传播规律和光的反射、折射等现象。
通过成像实验，可以研究光的成像规律、成像质量和成像系统的性能等问题。
光的成像是波动光学中的一个重要研究方向，它主要包括光的成像原理、成像系统的构造和成像参数的计算等内容。
综上所述，波动光学是物理学中一个重要的分支，它研究光的波动性质和光的传播规律。
波动光学的研究内容包括光的波动性质、光的干涉、衍射、偏振和光的成像等内容。
通过波动光学的研究，可以深入了解光的波动性质和光的传播规律，为光学系统的设计与应用提供理论基础。
波动与光学知识点总结及讲解
波动与光学知识点总结及讲解光学是物理学的一个重要分支，主要研究光的传播、反射、折射和干涉等现象。
而光的传播和现象背后蕴含着许多波动性质，本文将对波动和光学的相关知识点进行总结和讲解。
一、波动性质的基本概念1. 波与粒子：波动可以看作是在空间中传播的能量传递方式，而粒子是物质的基本单位。
波动和粒子性质的研究互为补充，比如光既有粒子性质（光子），也具有波动性质（电磁波）。
2. 波的特征：波的特征包括波长、频率和振幅。
波长指的是相邻两个波峰或波谷之间的距离，用λ表示，单位为米（m）；频率指的是单位时间内波的周期数，用ν表示，单位为赫兹（Hz）；振幅是波的最大偏离值，用A表示。
二、波的分类1. 机械波：机械波是需要介质来传播的，比如水波、声波等。
机械波可分为横波和纵波两种类型，横波的振动方向垂直于波的传播方向，纵波的振动方向平行于波的传播方向。
2. 电磁波：电磁波是在真空中也能传播的波动，是通过电场和磁场相互耦合传播的。
电磁波包括射线、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等，其中可见光是人眼能够感知的电磁波。
三、光的传播与反射1. 光的传播：光在真空中传播的速度是恒定的，约为3×10^8米/秒，用c表示。
当光通过介质时，速度会减小，这是因为光与介质中的原子或分子相互作用引起的。
2. 光的反射：光在与界面发生反射时，根据入射角和反射角之间的关系可分为镜面反射和漫反射。
镜面反射指的是光束以相同的角度与界面反射回来，形成明亮的反射光；而漫反射指的是光束以多个不同的角度反射，形成均匀、散射的光。
四、光的折射与全反射1. 光的折射：当光从一种介质传播到另一种介质时，由于光速改变，会发生折射现象。
根据斯涅尔定律，入射角、折射角和两种介质的折射率之间有一定关系。
2. 全反射：当光从光密介质射向光疏介质时，入射角大于一个临界角时，发生全反射现象。
全反射只会发生在折射率较大的介质射向折射率较小的介质中，并且入射角超过临界角一定范围。
大学物理波动光学知识点总结.doc
大学物理波动光学知识点总结.doc波动光学是物理学中的重要分支，涉及到光的反射、折射、干涉、衍射等现象。
作为大学物理中的一门必修课程，波动光学是大学物理知识体系重要的组成部分。
以下是相关的知识点总结：1. 光的波动性光可以被看作是一种电磁波。
根据电磁波的性质，光具有波动性，即能够表现出干涉、衍射等现象。
光的波长决定了其在物质中能否传播和被发现。
2. 光的反射光在与物体接触时会发生反射。
根据反射定律，发射角等于入射角。
反射给人们带来很多视觉上的感受和体验，如反光镜、镜子等。
当光从一种介质向另一种介质传播时，光的速度和方向都会发生改变，这个现象称为折射。
光在空气、玻璃、水等介质中的折射现象被广泛应用到光学、通信等领域中。
4. 光的干涉当两束光相遇时，它们会相互干涉，产生干涉条纹。
这是因为两束光的干涉条件不同，它们之间产生了相位差，导致干涉现象。
干涉可以分为光程干涉和振幅干涉。
光经过狭缝或小孔时，其波动性会导致光将会分散成多个波阵面。
这种现象称为衍射。
衍射可以改变光的方向和能量分布，被广泛应用于成像和光谱分析等领域。
6. 偏振偏振是光波沿着一个方向振动的现象，产生偏振的方式可以通过折射、反射、散射等途径实现。
光的偏振性质在光学通信、材料研究等领域有着广泛的应用。
总结波动光学是大学物理学知识体系不可或缺的一部分，它涉及到光的波动性、光的反射、折射、干涉、衍射等现象。
对于工程、光学、材料等领域的学生和研究者来说，深入了解波动光学的基本原理和理论，都有助于提高知识和技术水平。
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求两暗纹间距：
（e) 2ne (2k 1)
L 暗纹
2
2 明纹
ek
k
2n
（k 1）
ek1
2n
e
e
2n
ek
ek+1
（相邻两明纹的间距也是如此）
L e sin 2nsin
（ L ） 2n
讨论： ▲ 利用劈尖可以测量微小角度 θ 微小厚度及照射
光的波长。 ▲ 问题：在尖端是暗纹还是明纹？ ▲ δ =δ (e ) 光程差是介质厚度的函数，
2n2e＋
2
k ,
4n2e 2k－1
k 1,2,3
k=1时
红外
1 4n2e＝4 1.22 300 1464nm
k=2时
青色光
2 4n2e / 3＝4 1.22 300/ 3 488nm
k=3时
紫外
3 4n2e / 5＝4 1.22 300/ 5 293nm
(3)由反射相消干涉条件为：
D1
d
0.25 4 107 5 104
0.2 103 m 0.2mm
x2
D2
d
0.25 6 107 5 104
0.3 103 m 0.3mm
（2）对于紫光，第 k1 级干涉明纹距中央明纹
x1
k1D1
d
对于黄光，第 k2 级干涉明纹距中央明纹
x2
k2 D2
d
如果它们重合，则 k1 D1 k2 D2
解：(1)因反射光之间没有半波损失， 由垂直入射i=0，得反射光相长干涉的 条件为
k=1时 红光
1 2 1.22 300 732nm
k=2时 紫外 2 2 1.22 300 / 2 366nm
2n2e k,
2n2e
k
k 1,2,3
故反射中红光产 生相长干涉。
(2)对于透射光，相干条件为：
利用干涉现象 检验平面的平整度
实际的 暗纹位 置
试件 标准件
应该出 现的位 置
[例] 增透膜
长在为玻λ璃=表5面50镀0上A0一的层绿M光gF全2薄部膜通，过使。波1 211
n0 = 1
求：膜的厚度。 解：使反射绿光干涉相消
MgF2 ne = 1.38
1： 2：2ne
δ
2
= 2 n ee
=
(
(3)若油滴逐渐滩开，条纹将如何变化? (油: n2=1.60, 玻璃: n3=1.50）
n2 n3
解： 因n1<n2，n2>n3， 所以要考虑半波损失
由暗纹条件
2n2e 2 (2k 1) 2
知： 交界处e=0对应于k=0的暗纹
d
d
k2 k1 1 2 2 3
由于 k 为整数，第一次重叠时，应取满足上式的 最小正整数：k1=3，k2=2
两种明纹重合的位置距离中央明纹：
x
x1
k1 D1
d
3 0.25 4 107 5 104
m
0.6 103 m 0.6mm
半波损失
根据波动理论，当光从光疏介质入射到光密介质， 在界面上反射光相位突变π，相当于损失了(或附加了)半 个波长，这种的现象称为“半波损失”。而折射光没有 相位突变。
光从光密介质入射到光疏介质，无论反射光还是 折射光都没有相位突变。
在分析干涉情况时应该考虑是否存在半波损失， 否则可能得出与事实正好相反的错误结论。
分振幅方法 (薄膜干涉） ◆劈尖（劈形膜）
夹角很小的两个平面所构成的薄膜
：104 ~ 105 rad
n1
l
n2
e
θ
k
e k+1
n1
2 1
n1 n2 n1
2n2e
2k＋1
2
,
k 0,1,2,
2k 1
e 4n2
显然k=0所产生对应的厚 度最小，即
550
emin 4n2 4 1.22 113nm
[例]在平面玻璃板上滴一滴油，用 =576nm的单色光垂直照射，从反射光 中看到图示的干涉条纹。
试问 (1)油滴与玻璃交界处是明条还是暗条? (2)油膜的最大厚度是多少?
解：上下面都有半波损失
2n2e k
k 0,1, Si
n2 d
n1
SiO2
ek
k
2n2
因棱边处对应于k=0，故d处明纹对
应于k=6
d
e6
6
2n2
6 58931010 2 1.50
1.1786106 m
例题．如图所示，在折射率为1.50的平 板玻璃表面有一层厚度为300nm，折射 率为1.22的均匀透明油膜，用白光垂直 射向油膜，问： 1)哪些波长的可见光在反射光中产生 相长干涉? 2)哪些波长的可见光在透射光中产生 相长干涉? 3)若要使反射光中λ=550nm的光产生 相干涉，油膜的最小厚度为多少?
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
2
k
+
12) λ
2
玻璃 n 1= 1.50源自e=(2
k 4
+ 1λ) ne
=
λ 4 ne
取 k =0 意味着至少多厚
0
=
5500 A 4 ×1.38
= 996
0
A
[例]为测定Si上的SiO2厚度d，可用化学方法 将SiO2膜的一部分腐蚀成劈尖形。现用 λ=589.3nm的光垂直入射,观察到7条明纹，问 d=? (已知Si: n1=3.42，SiO2: n2=1.50).
双缝干涉应用与举例
例：杨氏双逢实验中 d =0.5mm ，在距离 25 cm 的屏幕上 观察，已知光源是由波长 400 nm 和 600 nm 的两种单色光组 成，则
①分别求出两种光源干涉条纹的间距； ②间距中央明条纹多远处两种光源的明条纹第一次重叠， 各为第几级?
解：（1）两种干涉条纹间距为
x1
入射光 (单色平行光垂直入射)
反射光2 反射光1
n ·A
n
e
n (设n > n )
实际应用中，大都是平行光 垂直入射到劈尖上。
考虑到劈尖夹角极小, 反射光 1、2在膜上表面相遇时的光 程差可简化计算： A: 1、2的光程
差 2ne (e)
2
变大时条纹变密，反之则变疏
同一厚度e对应同一级条纹——等厚条纹
等厚干涉：对于同一级干涉条纹，具有 相同的介质厚度。
▲ 如果是空气劈尖n=1
▲ 干涉条纹的移动
劈尖上表面向上平移，干涉条纹间距不变，条 纹向棱边移动；反之条纹向相反方向移动
A
BA
e
e
对空气层：平移 2 距离时有一条条纹移过
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动
夹角变小，条纹变宽， 条纹向右移动