北邮-大学物理课件第十二章光的干涉.ppt

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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§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、光的相干性一、光源凡能发光的物体称为光源。1、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。2、发光机制热光源的发光过程是原子的外层电子进行能级跃迁的过程。①对单个原子一个外层电子跃迁一次，就发出频率一定，振动位相

2、一定，振动方向一定的一个光波列，其持续时间大约是10-8秒，发出的光波列的长度（L＝c)大约是几米长；2原子发光是间歇的，每次发一个光波列，间歇时间大约是10-8秒。Lc=c同一原子先后两次发出的光其频率、位相、振动方向都不相同（何时发何时停具有随机性。)一原子前后所发出的光波列所具有的频率、位相、振动方向等，具有随机性，彼此毫无内在联系。②大量原子（同一时刻）不同原子发出的光是彼此独立的，具有随机性。不同原子发出的光其频率、位相、振动方向都不相同。3即，一个原子发出的光波列与另一个原子发

3、出的光波列在频率、位相、振动方向等毫无内在联系，彼此完全独立。大量原子的发光具有独立性，随机性。白光指大量热原子发出的光，其包含了波长在0.4－0.76m范围内的一切可见光；光的振动位相包含了0－2内的一切值，振动方向相对于传播方向是对称分布的。4人们获取单色光的办法：（i）利用光通过棱镜的色散现象分取；(ii)具有选择性吸收的物质制作滤光片；(iii)单色光源―――如钠光灯、镉灯、水银灯等(iv)激光光源。二、光的单色性和光强1、光的单色性白光：普通热光源发出的是混色光。单色光：指具有确

4、定的单一频率的光。光单色性的度量用谱线宽度度量。一束光，设其中心强度为I0处的波长为λ，则光强下降到I0/2处所对应的两点处的波长差Δλ称之为谱线宽度。5例如，非常艳的色布：在2-3Å；单色光源：1-0.1Å；激光：10-8Å。光振动指的是电场强度随时间周期性地变化。2.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∝E02用谱线宽度来描述光的单色性，Δλ越小，单色性越好。6三、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：I=I

5、1+I2+21、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。7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在观察时间τ内，人所感觉到的为光强I，8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

6、－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。9①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：分波阵面法:同一波阵面上的不同部分产生的次级波相干——杨氏双缝干涉，菲涅耳双棱镜，洛埃镜。分振幅法：利用光在透明介质薄膜表面的反射和折射将同一光束分割成振幅较小的两束相干光——薄膜干涉（劈尖干涉，牛顿环）。3.相干光的获得：10一、杨

7、氏双缝干涉1．装置与现象§12-2杨氏双缝干涉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)；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。S1S2Sr1r2S1S2S112．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

8、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123．干涉条纹①波程差的计算：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xSS1S2POr1r2DCxdE波程差：作S1CCP，又因为D＞＞d13②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,