大学物理学（第3版） 第12章　光的干涉

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1、第十二章光的干涉§12-1光源　光的相干性§12-2杨氏双缝干涉实验§12-3光程与光程差§12-4薄膜干涉§12-5劈尖干涉牛顿环§12-6迈克耳逊干涉仪1§12-1光源、光的相干性12.1.1光源凡能发光的物体称为光源。按发光的激发方式光源可分为热光源－利用内能发光，如白炽灯、碳火、太阳等。冷光源－利用化学能、电能、光能发光，如萤火、磷火、辉光等。作为光学光源的是热光源。21、光源的发光机理在热光源中，大量分子和原子在热能的激发下处于高能量的激发态，当它从激发态返回到较低能量状态时，就把多余的能量以

2、光波的形式辐射出来，这便是热光源的发光.这些分子或原子，间歇地向外发光，发光时间极短，仅持续大约10－8s，因而它们发出的光波是在时间上很短、在空间中为有限长的一串串波列(如图12.1).3图12.1普通光源的各原子或分子所发出的光波是持续时间约为10－8s的波列，彼此完全独立42、光的颜色和光谱光源发出的可见光是频率在7.7×1014～3.9×1014Hz之间可以引起视觉的电磁波，它在真空中对应的波长范围是3900～7600Å.在可见光范围内，不同频率的光将引起不同的颜色感觉.5表12.1光的颜色与频

3、率、波长对照表光色波长范围(Å)频率范围(Hz)红7600～62203.9×1014～4.7×1014橙6220～59704.7×1014～5.0×1014黄5970～57705.0×1014～5.5×1014绿5770～49205.5×1014～6.3×1014青4920～45006.3×1014～6.7×1014蓝4500～43506.7×1014～6.9×1014紫4350～39006.9×1014～7.7×10146只含单一波长的光，称为单色光.然而，严格的单色光在实际中是不存在的，一般光源的发

4、光是由大量分子或原子在同一时刻发出的，它包含了各种不同的波长成分，称为复色光.图12.2谱线及其宽度如果光波中包含波长范围很窄的成分，则这种光称为准单色光，也就是通常所说的单色光.波长范围Δλ越窄，其单色性越好.7光振动指的是电场强度随时间周期性地变化。3、光强光学中常把电场强度E代表光振动，并把E矢量称为光矢量。•光的强度(即平均能流密度)I∝E02812.1.2光的相干性非相干叠加：I=I1+I2（如两手电光柱叠加）相干叠加：1、波的相干性2、光的相干性普通热光源：两个独立的光源，或同一光源的不同部

5、分发出的光，不满足相干条件。单色光源：两个独立的单色光源，或同一单色光源的不同部分发出的光，也不满足相干条件。9设两束单色光在空间某一点的光矢量分别为E1和E2，即理由如下：该点的光矢量的合振幅为10在观察时间τ内，人所感觉到的为光强I，11因此在观察时间τ内，（2－1）经历了0－2的一切数值。故有I=I1+I2此即非相干叠加观察时间：指各种探测器的响应时间或分辨时间。人眼约0.05s，现代快速光电记录器约10－9s，但都远远大于光矢量的振动周期－10－15s。即利用探测器无法测定E的瞬时值。这说

6、明可见光的振动周期很小，典型值内约包含5106个振动周期。12①原则：将同一光源同一点发出的光波列，即某个原子某次发出的光波列分成两束，使其经历不同的路径之后相遇叠加。②方法：分波面—杨氏双缝干涉，菲涅耳双棱镜，洛埃镜。分振幅—薄膜干涉（劈尖干涉，牛顿环）。3.相干光的获得：1312.2.1杨氏双缝干涉§12-2杨氏双缝干涉实验1801年，英国人托马斯杨首次从实验获得了两列相干的光波，观察到了光的干涉现象。141、装置与现象这两列波在空间发生重叠而产生干涉，在屏幕上出现明暗相间的条纹(平行于缝s1

7、和s2)。Ｓ的光波透过S1和S2两狭缝，由惠更斯原理知，S1和S2可以看成两个新的子波源；•普通单色平行光通过狭缝S(形成柱面)；S1S2Sr1r2S1S2S152、相干光获得的方法（分波面的方法）S为一普通光源，大量分子、原子都发出各自的波列。每一个分子或原子从S发出的一个波列，在空间经过等距离的路程分别传到S1、S2；S1、S2为同一波面上的两子波源，这两子波是相干的，从这两子波发出的相干波在空间相遇产生干涉现象。r1r2S1S2S纵截面图163．干涉条纹①波程差的计算

8、：设点（缝）光源在中垂线上,双缝间距为d，缝屏距离为D，以双缝中垂线与屏的交点为坐标原点，考察点P的坐标为xSS1S2POr1r2DCxdE173．干涉条纹波程差：作S1CCP，又因为D＞＞d①波程差的计算：SS1S2POr1r2DCxdE18②明暗条纹的条件由于是分波面，故两列相干波的初相相同相长条件(k=0,1,2,...)相消条件(k=1,2,3...)波程差为半波长偶数倍时，P点处干涉加强，亮纹波程差为半波长奇数倍时，P点处干涉减