大学物理-第十一章光的干涉课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,波 动 光 学,光的干涉光的衍射光的偏振,波 动 光 学光的干涉光的衍射光的偏振,光学研究,光的传播,以及,它和物质相互作用。,通常分为以下三个部分：,几何光学：,以光的直线传播规律为基础，,波动光学：,研究光的电磁性质和传播规律，,量子光学：,以光的量子理论为基础，,研究各种成象光学仪器的理论。,是干涉、衍射、偏振的理论和应用。,物质相互作用的规律。,主要,研究光与,特别,波动光学和量子光学，统称为物理光学。,光学研究光的传播以及它和物质相互作用。通常分为以下三,光程、光程差,真空中通过距离,d,需要时间,:,d,a,b,媒质中通过距离,d,需要时间,:,a,b,n,d,n,媒质,t=d/c,第,11,章 几何光学的基本概念,光程、光程差真空中通过距离d需要时间:dab媒质中通过,定义,光程,:,L,=,nd,n,1,n,2,n,m,d,1,d,2,d,m,光程,L,=,(,n,i,d,i,),这说明,:,光在,媒质中通过距离,d,需要的时间,等于,光在,真空中通过距离,nd,需要的时间,.,为了便于比较,把媒质中传播的距离,d,折合到真空中为,nd,光程差,：,=,L,2,-L,1,定义光程:L=ndn1n2nmd1d2dm,费马原理,在一条光线上的两点之间，光沿着光学长度最短的路径传播。,光沿需要时间最短的路径传播。,光传播的实际路径是使光程取极值的路径。,费马原理在一条光线上的两点之间，光沿着光学长度最短的路径传播,A,B,透镜不引起附加的光程差,A,B,焦平面,AB透镜不引起附加的光程差AB焦平面,真空中波长为,的单色光，在折射率,n,的透明介质中从,A,传播到,B,，两处相位差为,3,，则沿此路径,AB,间的光程差为,相位差,为,3,的两点几何距离为,1.5,介,，,介,A,B,n,分析：,例题,（,A,）,1.5,（,B,）,1.5,n,（,C,）,3,（,D,）,1.5/,n,（,A,）,1.5,（,A,）,1.5,光程差为,1.5,介,n,=1.5,真空中波长为 的单色光，在折射率 n 的透,光是一种电磁波,光矢量,用 矢量表示光矢量,它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用,.,平面电磁波方程,电场强度的平方对观测时间取平均,光强：,12.1,干涉现象与 相干条件,光是一种电磁波 光矢量 用 矢量,一、光源,光源发光，是大量原子、分子的微观过程。,=,(,E,2,-E,1,),/h,E,1,E,2,能级跃迁辐射,波列,波列长,L=,c,能级、跃迁、辐射、波列,持续时间,10,8,s,一、光源光源发光，是大量原子、分子的微观过程。=(E2,1,、普通光源：,自发辐射,独立,（,同一原子先后发的光）,独立,（不同原子发的光）,结论：,普通光源发光具有,独立性,、,随机性,、,间歇性,(1),一个分子,(,或原子,),在一段时间内发出一列光波,发光时间持续约,10,8,10,10,s.(,间歇性,),(2),同一分子在不同时刻所发光的频率、振动方向不一定相同。（随机性、独立性）,(3),各分子在同一时刻所发光的频率、振动方向、相位也不一定相同,.(,独立性、随机性,),1、普通光源：自发辐射独立（同一原子先后发的光）独立（不,2,、激光光源：,受激辐射,=,(,E,2,-E,1,),/h,E,1,完全一样,E,2,（传播方向，,频率，,位相，,振动方向）,激光光源能发出频率,相位,振动方向,传播方向相同的光,2、激光光源：受激辐射=(E2-E1)/hE1,3.,光的单色性,单色光,具有,单一频率,的光称为,单色光,.,各种频率复合的光称为,复色光,普通光源,所发光为复色光,单色光源,发光为单色光,.,激光为最好的单色光源,.,色散现象,把复色光中各种不同频率的光分开,形成光谱称为光的色散,.,产生单色光的方法,(1),利用色散,;,(2),利用滤波片,;,(3),利用单色光源,;,(4),激光。,3.光的单色性单色光具有单一频率的光称为单色光.各种频率复,二、波的独立性原理和叠加原理,S,2,S,1,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。,叠加原理：,二、波的独立性原理和叠加原理S2S1相遇区域中任意一点的振动,三、光的相干性,1.,干涉现象,两列光波相遇时,出现稳定的,明暗相间花样,称为光的干涉现象,.,2.,相干光,能产生干涉现象的光叫相干光,它满足,:,(1),频率相同,;,(3),相位差恒定,.,(2),振动方向相同,;,一般两独立普通光源发出的光不是相干光,(,激光除外,),只有,同一光源,同一发光区域,同一时刻,发出的光,(,即同一原子,同一时刻,),才满足相干条件,.,三、光的相干性1.干涉现象两列光波相遇时,出现稳定的明暗相,大学物理-第十一章光的干涉课件,3,、两列光波的叠加,P,1,2,r,1,r,2,1,2,E,0,E,10,E,20,干涉项,：光矢量,光强分布：,P,3、两列光波的叠加P12r1r212E0E10,非相干光：,I=I,1,+,I,2,非相干叠加,完全,相干光：,相长干涉,（明）,（,k,=0,1,2,）,相消干涉,（暗）,(,k,=0,1,2),非相干光：I=I1+I2 非相干叠加 完全相干光：,4.,普通独立光源产生干涉现象的方法,使一光源上同一点发出的光,沿两条不同的路径传播,然后再使它们相遇,.,P,S,*,分振幅法：,P,薄膜,S,*,两束相干光在,P,点相干叠加,分波面法：,4.普通独立光源产生干涉现象的方法使一光源上同一点发出的光,11.2,杨氏双缝干涉,11.2 杨氏双缝干涉,p,实 验 装 置,一 杨氏双缝干涉实验,光程差,p实 验 装 置一 杨氏双缝干涉实验光程差,减弱,加强,相长干涉,（明）,（,k,=0,1,2,）,暗纹,明纹,p,实 验 装 置,减弱加强相长干涉（明）（k=0,1,2）暗纹明纹p,明暗,条纹的位置,白光,照射时，出现,彩色,条纹,暗纹,明纹,明暗条纹的位置白光照射时，出现彩色条纹暗纹明纹,白光入射的杨氏双缝干涉照片,红光入射的杨氏双缝干涉照片,白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片,讨论,条纹间距,1,）,条纹间距 与 的关系,;,若 变化 ，则 将怎样变化？,一定时，,明纹,红光入射的杨氏双缝干涉照片,讨论条纹间距 1）条纹间距 与 的关系 ;若,一定时，若 变化，则 将怎样变化？,1,）,一定时，若 变化，则,2,）,条纹间距 与 的关系如何？,一定时，,2）条,二 双缝干涉光强分布,合光强,干涉项,若,其中,则,二 双缝干涉光强分布合光强干涉项若其中则,光 强 分 布 图,光 强 分 布 图,紫光,光强分布图,波长不同条纹间距不同,红光,光强分布图,紫光光强分布图波长不同条纹间距不同红光光强分布图,（,1,）一系列平行的明暗相间的条纹；,（,3,）中间级次低，两边级次高,明纹：,k,，,k,=0,1,2,（整数级）,暗纹：,(2,k,-1)/2,（半整数级）,（,4,）,双缝干涉条纹的特点,（,2,）,不太大时条纹等间距；,白光入射时，,0,级明纹中心为白色,（可用来定,0,级位置），,其余级明纹构成彩带，,第,2,级开始出现重叠。,级次：,k,=,（1）一系列平行的明暗相间的条纹；（3）中间级次低，两边级,三 洛埃镜,半波损失,：光从光速较大的介质射向光速较小的介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变了 ，相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失,.,P,M,L,三 洛埃镜 半波损失：光从光速较大的,D,直射光光程,？,反射光光程,思考,：,与杨氏双缝实验比较干涉条纹有哪些相同、不同之处？,D直射光光程？反射光光程思考：,大学物理-第十一章光的干涉课件,解,:(1),由明纹条件,以单色光照射到相距为,0.2mm,的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为,1m.(1),从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为,7.5mm,求单色光的波长,;(2),若入射光的波长为,600nm,求相邻两明纹间的距离,.,例 题,1.,解:(1)由明纹条件 以单色光照射到相,(2),当,=600nm,时,相邻两明纹间的距离为,(2)当=600nm 时,相邻两明纹间的距离为,条纹移动,N=4,例题,2,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,0,条纹移动 N=4例题2 杨氏双缝实验，=500n,P,双 镜,P双 镜,大学物理-第十一章光的干涉课件,