大学物理下册课件第十四章 波动光学.ppt

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1、一.光源发射光波的物体1.热辐射加热维持物体的温度，辐射就能持续进行下去，称为热辐射。光波就是电磁波，任何物体都辐射电磁波。白炽灯太阳§14–6光源光的相干性电致发光2.发光需依靠一些激发过程获得能量维持辐射光致发光化学发光半导体发光二极管闪电荧光玩具节能灯萤火虫霓虹灯3.同步辐射光源在同步辐射加速器中速度接近光速作环形运动的电子迅速损失能量产生的辐射特点：方向性好、亮度高，还具有连续性、优异的准直性和易脉冲化等特性应用：为晶体结构研究，生物大分子和生物蛋白的结构研究提供了高性能的光源北京的正负电子对撞机可提

2、供同步辐射光1.普通光源（非激光光源）的发光机理原子发出的每一列光波是一段有限长的、振动方向一定、振幅不变或缓慢变化的正弦波。波列波列长L=c二.光的相干性每一波列持续时间约为普通光源发出的光是由构成光源的大量原子或分子运动状态改变时发出的。波列长度的数量级为L=0.1m因波列持续时间过短，两波列的干涉现象无法觉察。不同原子发的光同一原子先后发的光同一原子先后发出的波列振动方向和频率不一定相同，相位间无固定关系。不同原子发出的波列振动方向和频率也不一定相同，相位间无固定关系。两列波为相干波的条件：频率相同，

3、振动方向相同，在相遇点有恒定的相位差。结论：两个独立光源发出的光波或同一光源两部分发出的光波在相遇区观察不到干涉现象。介质折射率n1介质折射率n2路程r1路程r22.相干光的获得方法为实现光的干涉，可以从同一波列分离出两个波列再令其重叠发生干涉。为得到明显的干涉现象，还必须满足：在相遇点两列光波的光程（几何路程与介质折射率的乘积）不能相差太大在相遇点两列光波的振幅不能相差太大光程差r1n1-r2n2相干长度一波列长应尽量接近通常产生相干光源的两种方法：分波阵面法分振幅法利用并排的孔或缝或利用反射和折射将入射光

4、的波阵面分成两部分。利用两种透明介质的分界面对入射光的反射和透射，将入射光的振幅分成两部分。3.目前最好的相干光源——激光光源激光的波列长度比普通光源长得多，例如氦氖激光器产生的激光相干长度可达几千米，再加上良好的单色性和方向性等，能产生易于观察和测量的干涉现象。一个正在辐射激光的激光器激光产生的全息图像一.杨氏双缝实验S1S2S接收屏上形成的干涉图样狭缝视为缝光源光源双缝接收屏缝光源S产生柱面波，双缝S1和S2与S等距，位于同一波阵面上，相位相同，成为相干光源，发出的子波在相遇区发生干涉。§14-7由分波阵

5、面法产生的光的干涉因D>>d，S1、S2发出的光波到P点的波程差为=dsindtanOP=x，r1-r2=S2B1.单色光入射时屏上明暗相间干涉条纹位置的计算垂直于缝长的平面内同相面P·r1r2xxDOS1S2MBd波程差计算狭缝缝光源若即初相相同的两相干波叠加后加强与减弱的条件为合振幅最大合振幅最小出现明条纹若即出现暗条纹明条纹级次暗条纹级次2.杨氏双缝干涉的特点单色光干涉，相邻明条纹（或暗条纹）的间距为干涉条纹等距离分布白光干涉，只有中央明条纹是白色，其它条纹发生重叠，形成彩色条纹明条纹间距明条

6、纹间距中央明纹干涉条纹间距与单色光波长成正比三.劳埃德镜实验平面镜MM’下表面涂黑，光仅从上表面反射S和S’相当于两个相干光源实验结果表明：反射光的相位改变了，称为半波损失干涉条纹与杨氏实验结果的类似光源MM’中镜像小平面镜接收屏此处出现暗条纹n2n1n2>n1理论和实验证明：光从光疏介质（折射率较小）向光密介质（折射率大）表面入射时，如果入射角接近（掠入射）或为（正入射），则反射光的相位改变，即出现半波损失。正入射掠入射法线例题14-2劳埃德镜实验中，线光源S1到镜面的垂距为1mm，D为1.5m，MM’=D

7、/2，M’O为D/4。（1）求干涉区域上下两边到屏中心距离OA和OB；（2）若λ=600nm，求相邻明条纹间距，并问屏上能观察到几条明条纹？S1S2MM'dABOCD解（1）由三角形相似，有OA=3mm，OB=0.333mm得（2）与杨氏实验相比，得相邻明纹间距为由于有半波损失，光程差应为明纹位置x应满足第一级明纹位置x1=0.225mm

8、相干光源S1、S2的振动方程可写为两列波在P点引起的振动为四.相位差与光程差PS2n1r1r2n2S1这两列波在P点的相位差为光程差相互加强相互减弱相互加强相互减弱两相干光波在相遇点处的相位差及干涉条件为两相干光波在同一介质中传播时，相位差仅决定于波程差δ=r2-r1两相干光波在不同介质中传播时，相位差应决定于光程差δ=n2r2-n1r1干涉条件为分振幅法利用薄膜的两个表面经反射，把入射光的振幅分解