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《13章 光的干涉》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第13章(Interferenceoflight）(8)光的干涉1本章开始的研究对象:光。光是什么？近代物理认为，光既是一种波动(电磁波)，又是一种粒子(光子)。就是说，光是具有波粒二象性的统一体。光学通常分为几何光学、波动光学和量子光学三部分。我们首先研究光的波动性。波动光学是当代激光光学、信息光学、非线性光学和很多应用光学的重要基础。波动最重要的特征是具有干涉、衍射和偏振现象。引子2可见光:频率:3.9×1014～7.7×1014Hz;相应真空中的波长:7700Å~3900Å。不同频率的光，颜色也
2、不同。红光7700~6200Å3.9×1014~4.8×1014Hz橙光6200~5900Å4.8×1014~5.1×1014Hz黄光5900~5600Å5.1×1014~5.4×1014Hz绿光5600~5000Å5.4×1014~6.0×1014Hz青光5000~4800Å6.0×1014~6.3×1014Hz蓝光4800~4500Å6.3×1014~6.7×1014Hz紫光4500~3900Å6.7×1014~7.7×1014Hz表13-1可见光的范围§13.1光波的相干叠加一.可见光波3就能
3、量的传输而言，光波中的电场E和磁场H是同等重要的。但实验证明,引起眼睛视觉效应和光化学效应的是光波中的电场,所以我们把光波中的电场强度E称为光矢量(或光振动)。在波动光学中,光强定义为4光是光源中的原子或分子从高能级向低能级跃迁时发出的。波列v=(E2-E1)/h波列长x=c能级跃迁辐射E1E2原子发出的光是一个有限长的波列。二.光源52.激光光源：受激辐射(将在近代物理中讨论)3.同步辐射光源1.普通光源：自发辐射(随机、独立)不相干(不同原子发的光)不相干(同一原子先后发的光)∴∵6三.光的干
4、涉相干条件则在空间相遇区域就会形成稳定的明、暗相间的条纹分布，这种现象称为光的干涉。其中由波动理论知,光矢量平行、频率相同、振幅为E1和E2的两列光波在某处叠加后,合振动的振幅为两束光:(1)频率相同；(2)光振动方向相同；(3)相差恒定；7在波动光学中，光强定义为1.非相干叠加对普通光源来说，由于原子发光是间歇的、随机的、独立的，在观察时间内，相位差不能保持恒定,变化次数极多,可取0~2π间的一切可能值,且机会均等，因此8非相干叠加时的光强为I=I1+I2(且各处光强均匀分布)2.相干叠加可见
5、，合成光强在空间形成强弱相间的稳定分布。这是相干叠加的重要特征。如果在观察时间内，相位差保持恒定,则合成光强为9当=±2k,Imax=4I1,明纹(加强)=±(2k+1),Imin=0,暗纹(减弱)明纹暗纹=(r2-r1)=对初相相同的两相干光源,有如果I1=I2:波程差10四.获得相干光的方法普通光源发出的光是不相干的。利用普通光源获得相干光的基本方法是：将一个光源的微小部分(视为点光源或线光源)发出的光设法分成两束再使其相聚。分波阵面法分振幅法11光经过不同媒质时，波长要发生变化。为研
6、究的方便起见,引入光程的概念。当=±2k,Imax=4I1,明纹(加强)=±(2k+1),Imin=0,暗纹(减弱)光的频率v由光源确定。光速由媒质确定。真空中，光速:c=v媒质中，光速:=v∵n=c/∴=/n§13.2光程和光程差121.光程设经时间t，光在折射率为n媒质中通过的几何路程为r，则nr称为光程。显然，光程nr=nt=ct。引入光程概念后，就能将光在媒质中通过的几何路程折算为真空中的路程来研究。这就避免了波长随媒质变化而带来的困难。光程的物理意义:光程等于在相同的时
7、间内光在真空中通过的路程。n=c/=/n132.光程差—两束光光程之差==s2s1r2r1pn1n2s2S1p=r1s1pe1e2n1n2S2p=r2n1r1-n2r2(r1-e1+n1e1)-(r2-e2+n2e2)14s2s1r2r1pn1n2设相干光源s1和s2的初相相同，到达p点时的相差：=±2k,明纹(加强)=±(2k+1),暗纹(减弱)即明纹暗纹=真空中的波长光程差3.两束光干涉的强弱取决于光程差，而不是几何路程之差154.薄透镜不产生附加程差从S发出的光线1、2到达S'
8、点光程相等。s1216真空，s在s1s2的中垂线上(光源s1和s2的初相相同)，于是=r2-r1=明纹暗纹s2s1poDds*r2r1K=0K=1K=1K=2K=2§13.3双缝干涉与*空间相干性一.杨氏双缝干涉实验17r12=D2+(x-d/2)2,r22=D2+(x+d/2)2考虑到D»d,r1+r22D,于是s*s2s1poDdr2r1xxK=0K=-1K=1K=2K=-2明纹暗纹18k=0,1,2,…分别称为第一级、第二级暗纹等等。k为干涉条
