大学物理第13章光的干涉.ppt

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1、大学物理学第13章光的干涉本篇的研究对象: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。本篇仅讨论波动光学。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。引言§13.1光波的相干叠加光波光源光波叠加相干光的获得引起眼睛视觉效应的主要是光波中的电场矢量。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，颜色也不同。红光7700~6200Å3

2、.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可见光的范围一.可见光波称为光矢量（或光振动）光波是电磁波。光强：由于光波中的光矢量与能流密度以极快的频率（约1014Hz）振荡，现有接收器能接收到的是观察仪器在

3、响应时间内的平均能流密度。在光学中，称之为光强I。通常我们所关心的是同一种介质中不同位置光强的相对大小，因此光强也可以定义为：发光本质：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波列：原子发光过程所经历时间τ很短，原子发射的光波是一段频率一定、振动方向一定、长度有限的光波，通常称为波列。二.光源光源定义：能发射光波的物体称为光源。(2)激光光源：受激辐射(将在近代物理中讨论)(3)同步辐射光源：接近光速的变速电子的一种电磁辐射。(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

4、先后发的光)∴∵光源类型二.光波叠加当几列光波在同一介质中相遇时，其合成光振动是各列光波单独在该点所产生的光振动的矢量和。光波叠加原理：光波叠加P12r1r2··在观测时间τ内，P点的平均强度为对普通光源来说，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将随机变化，以相同概率取0~2π间的一切可能值。因此非相干叠加(且各处光强均匀分布)如果在观察时间内，相位差保持恒定,则合成光强为相干叠加称为干涉项。由于两束光间的相位差随空间各点的位置不同而改变。合成光强也将随空间各点位置不同而不同，于是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I1

5、=I2:光的干涉明纹(加强)暗纹(减弱)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。两束光:(1)频率相同；(2)光振动方向相同；(3)相差恒定；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。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)§13.2光程和光程差光程光程差薄透镜的等光程性光波每传过一个波长的距离，其相位改变2π。但光波在不同介质中传播时，其波长不同，则传播相同距离带来的相位改变不同。为方便处理光

6、在不同介质中因波长不同对相位改变的影响，引入光程的概念。光的频率v由光源确定。光速由媒质确定。真空中，光速:c=f媒质中，光速:=f∵n=c/∴=/n一.光程引入光程的背景可见，同一频率的光在折射率为n的介质中传播路程x时引起的位相落后和光在真空中传播路程nx时引起的位相落后相同。=/n光程光振动的相位沿传播方向是逐点落后的。如果光在折射率为n，波长为的介质中传播路程x，则光振动的位相落后为：光程定义：介质折射率n和传播路程x的乘积nx称为光程。光程的物理意义:光程等于在相同的时间内光在真空中通过的路程。设经时间t，光在折射率为n媒质中通过的几何路程

7、为x。显然，光程nx=nt=ct。n=c/=/n引入光程的好处：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。二.光程差==s2s1r2r1pn1n2s2S1p=r1s1pe1e2n1n2S2p=r2n1r1-n2r2(r1-e1+n1e1)-(r2-e2+n2e2)定义：两束光光程之差称为光程差。s2s1r2r1pn1n2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