物理第22章光的干涉1杨氏双缝

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1、第22章光的干涉本章内容：22.1光的电磁波特性22.2光的单色性与相干性22.3光程与光程差22.4杨氏双缝实验22.5薄膜干涉1一.光的意义--电磁波§22.1光的电磁波特性1.电磁波的波源凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源.例如：天线中的振荡电流,分子或原子中电荷的振动.2.光矢量3.光速--电磁波速真空中25.光强(电磁波平均能流密度)4.折射率dA光强I结论：I正比于E02或H02,通常用电场强度矢量来表示光矢量.3光色波长(nm)频率(Hz)中心波长(nm)红760~622660橙622~597610黄597~577570

2、绿577~492540青492~470480蓝470~455460紫455~400430可见光七彩颜色的波长和频率范围6.色的含义色度学上:三原色.物理上:频率不同.4§22.2光的单色性和相干性一.光源(1)热辐射(2)电致发光(3)光致发光(4)化学发光能级跃迁波列波列长L=c自发辐射(5)同步辐射光源(6)激光光源受激辐射自发辐射E2E15非相干(不同原子发的光)非相干(同一原子先后发的光)光波列长度与其单色性关系由傅里叶分析可知光波单色性..6二.光波的叠加在观测时间τ内，P点的平均强度为PS1S2r1r2···对于两个普通

3、光源或普通光源的不同部分7讨论(1)非相干叠加(2)相干叠加对于频率相同；相位差恒定；光矢量振动方向相同的两束光的叠加干涉项相长干涉(明纹)如果8相消干涉(暗纹)如果相干条件:(1)频率相同；(2)相位差恒定；(3)光矢量振动方向平行.结论9若时间t内光波在介质中传播的路程为r,则相应在真空中传播的路程应为在改变相同相位的条件下真空中光波长一.光程与光程差光程§22.3光程与光程差10光程是一个折合量，其物理意义是:在相位改变相同的条件下，把光在介质中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程.光程:……一束光连续通过几种介质相位差与

4、光程差关系:光在真空中的波长光程差:11例：两种介质，折射率分别为n和n’两个光源发出的光到达P点所经过的光程分别为：dr2r1nn’S1S2P∴它们的光程差为：由此引起的相位差就是：12物像之间的等光程性(证略)光程1光程2光程3光程1=光程2=光程3光程1光程2光程1=光程2结论:透镜不引起附加的光程差.13§22.4杨氏双缝实验1.杨氏双缝实验明条纹位置明条纹位置明条纹位置获得相干光的方法1.分波阵面法(杨氏实验)2.分振幅法(薄膜干涉)实验现象14光强极小,相消干涉.(明纹中心位置)光强极大,相长干涉.(暗纹中心位置)理论分析

5、D>>d光程差:15结论:应用:可测.(3)Δx正比于,D;反比于d;(1)明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧;(2)条纹等间距，与干涉级k无关而与入射光的波长成正比;△xIx4I1O(4)光强分布：16(5)若用复色光源，则干涉条纹是彩色的.(因为λ不同，各级明纹与暗纹的位置及条纹间距都不相同)。172.劳埃德镜(洛埃镜)S••xO接触处,屏上O点出现暗条纹半波损失.O•反射波有半波损失.无半波损失.入射波反射波透射波干涉的实现:透射波没有半波损失18解:(1)明纹间距分别为(2)双缝间距d为例1:双缝干涉实验中，用钠光灯作单

6、色光源，其波长为589.3nm，屏与双缝的距离D=600mm,求:(1)d=1.0mm和d=10mm，两种情况相邻明条纹间距分别为多大？(2)若相邻条纹的最小分辨距离为0.065mm，能分清干涉条纹的双缝间距d最大是多少？19例2.(教材P6例22.1)用白光作光源观察杨氏双缝干涉.设缝间距为d，缝面与屏距离为D.最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光清晰的可见光谱只有一级.解:明纹条件为求:能观察到的清晰可见光谱的级次.D>>d20问：原来的零级条纹移至何处？若移至原来的第k级明条纹处，其厚度h为多少？例3：已知：S2缝上覆

7、盖的介质厚度为h,折射率为n，设入射光的波长为.解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差当光程差为零时，对应零级明纹的位置应满足：所以零级明条纹下移.21原来k级明条纹位置满足：设有介质时零级明条纹移到原来第k级处，它必须同时满足：22例4：在双缝干涉实验中,两缝的间距为0.6mm,照亮狭缝S的光源是汞弧灯加上绿色滤光片.在2.5m远处的屏幕上出现干涉条纹,测得相邻两明条纹中心的距离为2.27mm.试计算入射光的波长.分析:使用绿色滤光片以获得单色光.屏幕上P点的明暗情况取决于从双缝发出的相干光在该点的光程差.双缝干涉装置中,屏幕

8、上各级明(暗)纹中心在通常可观测(θ很小)范围内,近似为等间距分布.在已知装置结构情况下,由相邻两明(暗)纹中心的距离可求得波长.解:在屏幕上取坐标轴Ox,向上为正,坐标原点位于关于双缝的对称中心。屏幕上第k+1级与第k