郑少波赵清版光的干涉PPT及习题第一章

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1、第1章光的干涉(InterferenceofLight)两光在空间相遇形成稳定的强弱分布1.1光源光的相干性1.2光程差与干涉图样1.3分波阵面的干涉—杨氏双缝干涉1.4干涉条纹的可见度1.5分振幅的干涉—等倾干涉1.6分波振幅的干涉—等厚干涉1.7迈克尔逊干涉仪1.8多光束干涉§1.1光源光的相干性(Lightsourceandcoherenceoflight)(2)光源的发光是大量的分子或原子进行的一种微观过程波列长L=tc一、光源独立(不同原子发的光不相干)··独立(同一原子先后发的光不相干)21=(E2-E1)/hE1E2E33

2、1=(E3-E1)/h普通光源发光特点:1)自发辐射;2)每一次发光持续时间很短(t＜10-8s)二、光波的强度(intensityoflight)ItO电矢量—光振动(光矢量)光是电磁波,引起视觉的是能流密度:单位时间内通过与波的传播方向垂直的单位面积的能量或通过单位面积的功率。平均能流密度:能流密度在一个周期内的平均值。光波的强度(即平均能流密度)与E的振幅的平方成正比即IA2(3)具有单一频率的光波称为单色光波长所对应的波长范围越窄,光的单色性越好。谱线宽度()是标志谱线单色性好坏的物理量。三、单色光(monochromatic

3、light)可见光的频率范围:4.1×1014Hz～7.5×1014Hz真空中的相应波长:7600Å～3900Å(4)红橙黄绿青兰紫(mm)0.760.630.600.570.500.450.430.39(5)四、光的相干性1.光波的叠加两光波在空间某点P相遇,讨论相遇点的光强分布。12AA1A2P点的光振动合成矢量图设01,02分别为s1,s2光源的初相;A1,A2分别为s1,s2在P点的振幅,1和2为两波在r1和r2两段路程上媒质中的波长,则两波在P点的振动为由波的叠加原理可知在相遇点P合振动的振幅平方为光强分布为:

4、原子发光时间~10-8s,而人眼对光的响应时间t~0.1s,感光胶片t~10-3s,故P点光强是t内的平均值:(6)干涉项2.非相干叠加若相位差不恒定(如12或01-02不固定),即在02间杂乱变化(因原子发光的间隙性和随机性),有称为非相干叠加(干涉项为零),观察不到干涉现象。在任意时刻的相位差为(7)3.相干叠加和相干条件若相位差恒定。有称为相干叠加(干涉项不为零),可观察到干涉现象。综上所述:能产生相干叠加的两束光称为相干光(coherentlight)相干条件:振动频率相同,振动方向相同,相位差恒定

5、。Ī取最大,干涉相长Ī取最小,干涉相消(8)4.怎样获得相干光?Ps*分波面法分振幅法·P薄膜s*(9)将来自同一原子的同一次发光“一分为二”。§1.2光程差与干涉图样(OpticalPathDifferenceandInterferencePattern)一、光程差两波在空间任意点P的光振动为在任意时刻的相位差为(10)其中为两波在真空中的波长,令δ=n2r2-n1r1定义:光在媒质中通过的路程(r)与媒质折射率(n)的乘积(nr)称为光程(opticalpath)δ=n2r2-n1r1称为光程差(opticalpathdifferen

6、ce)s1s2P例:P点的光程差?(11)(12)薄透镜的等光程性(记住)PP'F'PP'等光程等光程F焦平面透镜成象均为亮点表明各条光线在会聚点相位相同,也就是各条光线光程相等。ss'(13)重要结论:透镜可以改变光线的传播方向,但对物、象间各光线不会引起附加的光程差。二、光程差与干涉图样Ī取最大,干涉加强Ī取最小,干涉减弱当01=02时光程差与相位差之间关系:干涉加强(明纹)干涉减弱(暗纹)(14)重要结论:1)光程差相等的点构成同一条干涉条纹2)相邻两条明(或暗)纹之间光程差的变化为设在真空中s1,s2为相干点光源(01=0

7、2),证明:等光程差点在空间的轨迹是一个双叶旋转双曲面,即d(15)？§1.3分波阵面的干涉—杨氏双缝干涉(Interferencebydividingwavefront:Youngdouble-slitinterference)一、实验装置(1801年)托马斯·杨(ThomasYoung)1773-1829,英国物理学家(16)s1s2s(17)I二、明暗纹条件xD0dP·r1r2两光波在P点处的光振动:设01,02分别为s1,s2相干光的初相;A1,A2分别为s1,s2在P点的振幅.图中:相邻实线与虚线的相位差为P点处的相位差:

8、k=0,1,2,...明纹中心k=1,2,...暗纹中心=±2kk=0,1,2,...明纹中心=±(2k-1)k=1,2,...暗纹中心为真空中的波长,k称为级数。