大学物理 少学时 第3版 教学课件 作者 张宇 第12章 01 光的干涉.ppt

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1、第四篇波动第十章简谐振动第十一章机械波第十二章波动光学1几何光学：物理光学：波动光学：以麦克斯韦电磁理论为基础量子光学：以光表现出粒子性为基础现代光学：非线性光学信息光学全息术激光物理传统物理光学的延伸和发展以光的直线传播为基础一、光学研究领域…...2二、对光的本质的认识历程17世纪---18世纪末光的机械粒子说19世纪初--后半世纪光的机械波动说19世纪的后半期---光的电磁说20世纪初---光的量子说光是一个复杂性的客体，它的本性只能通过它所表现的性质来确定，它兼具波和粒子的特性。3二、对光的本质的认识历程1、光的

2、机械微粒学说（17世纪---18世纪末）代表：牛顿对立面：惠更斯--波动说分歧的焦点：光在水中的速度1850年付科（Foucauld）测定波动说确立地位2、光的波动说（19世纪初--后半世纪）英国人托马斯·杨和法国人菲涅尔，通过干涉、衍射、偏振等实验证明了光的波动性及光的横波性。性质：弹性机械波，在机械以太中传播。43、光的电磁说（19世纪的后半期---）19世纪后半期麦克斯韦建立电磁理论，提出了光的电磁性，1887年赫兹用实验证实。当时认为电磁波在以太中传播4、光的量子说（20世纪初---）电磁波动说在解释“热幅射实验

3、”及“光电效应”等实验遇到困难。爱因斯坦提出了“光子理论”，将光看成一束粒子流。与电磁波动说相提并论，各自在不同的领域取得了成功。光是一个复杂性的客体，它的本性只能通过它所表现的性质来确定，它兼具波和粒子的特性。5三、光的电磁理论简介光矢量：2、光强可见光——波长：频率：光强：1、光是电磁波3、光速和折射率真空中光速介质中光速6介质的折射率光在不同介质中传播时，频率ν不变，波长、波速皆改变。介质中真空中介质中波长与真空中波长关系为4、单色光谱线宽度准单色光，光谱曲线（谱线）波长强度称为谱线半高宽7第十二章波动光学12.1

4、杨氏双缝干涉12.2薄膜干涉12.3光的单缝衍射12.4光栅衍射12.5光的偏振8§12.1杨氏双缝干涉一、光的干涉满足相干条件的两束光叠加时，在叠加区域内出现明暗相间的光强不均匀且稳定分布的现象。1.光的干涉现象两相干光源在S1和S2的光振动分别为两相干光波在空气中传播时波函数分别为S1S2P频率相同振动方向相同有恒定相位差9当相位差干涉加强，光强极大干涉减弱，光强极小——干涉级次特别地，当时在两相干光波在任一点P相遇后的合振动振幅为p点光强为102.光程与光程差光程:——光所经过的介质的折射率n与相应的几何路程r乘积

5、.光程差:如：S1到P的光程为S2到P的光程为即：两束光的相位差11干涉加强干涉减弱(k=0,1,2……)干涉加强和减弱的条件:相位差:干涉加强干涉减弱(k=0,1,2……)光程差:(k=1,2……)(k=1,2……)12从普通光源获得相干光方法:分波前法分振幅法3.获得相干光方法普通光源的发光特点:（1）一个原子每一次发光只能发出一个波列（2）原子的发光是断续的（3）各原子的各次发光是完全相互独立的两个普通光源或同一普通光源的不同部分所发出的光是不相干的13*光源从一次发光的波面上取出几部分，再相遇。相干光源的获得——

6、S1、S2满足相干条件。(1)分波面法：(2)分振幅法：一束光线中分出的两部分，再相遇。14托马斯杨（T.Young）在1801年首先发现光的干涉现象，并首次测量了光波的波长。二、杨氏双缝干涉151.杨氏双缝实验（分波阵面干涉）试验装置：缝宽：10-4m双缝间距d:0.1--3mm屏到双缝距离D:1--10mR:10~50cm相遇区观察屏P杨氏干涉条纹162.干涉条纹出现的条件P点光强S1和S2为两个相干光源pE17明纹中心位置:暗纹中心位置:条纹间距:(亮-亮、暗-暗)干涉加强，明纹干涉减弱，暗纹p18光强极大极小交

7、替出现,形成明暗相间、等亮度、等间距的条纹。19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:20例1、双缝干涉中，入射光波长为，双缝至屏的距离为D，在一个缝后放一厚为t的透明薄膜，此时中央明纹处仍为一明纹，求(1)该明纹的干涉级;(2)新的零级明纹的位置。S1S2dDXOPntO解：（1）21（2）S1S2dDXOPntO新的零级明纹位置22三、劳埃德镜与双缝干涉对比：①明暗条纹位置反转。一路光在平面镜反射时，有“半波损失”，光波相位有π的突变。②条纹分布区域限于屏的上半部分。PML23第十二章波动光学1

8、2.1杨氏双缝干涉12.2薄膜干涉12.3光的单缝衍射12.4光栅衍射12.5光的偏振24白光下的油膜平晶间空气隙干涉条纹§12.2薄膜干涉白光下的肥皂膜——分振幅干涉25一、平行平面薄膜的干涉n2>n1两束反射相干光的光程差：由26干涉加强，亮纹干涉减弱，暗纹当e、n2、n1确定，则相同入射角的入射光线有相同光程差