大学物理课件 光的干涉.ppt

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1、第三篇波动光学概述光学——研究光的本性、光的传播、光与物质相互作用规律的学科波动光学的发展光学几何光学：光的传播及成像波动光学：光作为电磁波的性质量子光学：光量子的行为光学是物质结构分析、天文观测、精密测量、信息传递等方面的重要学科基础光的微粒说光的波动说波动光学精密测量光谱学双缝干涉实验光的电磁波理论信息光学量子光学激光非线性光学惠—菲原理第十章光的干涉托马斯•杨科学史上最漂亮的10个物理实验1.单电子双缝干涉实验（Young'sdouble-slitexperimentappliedtotheinterfere

2、nceofsingleelectrons）2.伽利略的落体实验（Galileo'sexperimentonfallingbodies），1600s3.密立根油滴实验（Millikan'soil-dropexperiment），1910s4.牛顿三棱镜分光实验（Newton'sdecompositionofsunlightwithaprism），1665-16665.杨氏干涉实验（Young'slight-interferenceexperiment），18016.卡文迪什扭摆实验测量万有引力常数（Cavendish

3、'storsion-barexperiment），17987.厄拉多塞测量地球的直径（Eratosthenes'measurementoftheEarth'scircumference），公元前三世纪8.伽利略斜面实验（Galileo'sexperimentswithrollingballsdowninclinedplanes），1600s9.卢瑟福散射实验（Rutherford'sdiscoveryofthenucleus），191110.傅科摆（Foucault'spendulum），1851——《物理学世界》

4、2002.9.本章教学要求：理解获得相干光的方法。掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系。能分析、确定杨氏双缝干涉条纹，及薄膜等厚干涉条纹的位置。了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。本章重点：相干光。光程的概念以及光程差和相位差的关系。杨氏双缝干涉，薄膜等厚干涉。本章难点：光程，薄膜上下表面反射光程差.内容§10.1光的相干性§10.2分波前干涉§10.2.1双缝干涉实验§10.2.2双缝干涉的光强分布§10.2.3其他分波前干涉方法§10.3分振幅干涉§10.3.1光程§10.3.2薄膜干涉§10.3.3等厚干涉§10

5、.3.4牛顿环§10.3.5增透膜与增反膜§10.4迈克尔逊干涉仪§10.1光的相干性光源普通光源激光光源热光源——白炽灯、太阳冷光源——日光灯、荧光灯、萤火虫原子能级及发光跃迁基态激发态St普通光源的光波：同时刻大量原子发光的总和各原子简谐性独立发光两次发光之间没有固定相差普通光源的相干性振动方向相同频率相同相位相同或相位差恒定波的相干条件：波的相干现象：合振动强度在空间周期性变化S1S243214′3′2′1′P相应波列1-1’,2-2’,3-3’,4-4’…相差不能保持恒定其振动方向也可能不同P点的光强瞬时万

6、变，因而看不到干涉现象，只有平均光强，I=I1+I2光是波吗？相干光的获得将非相干光变为相干光的原则是：“同出一源，分之为二”波阵面分割法*光源振幅分割法§10.2分波前干涉§10.2.1双缝干涉实验光是波吗？如果是——干涉现象XIr1r2双缝单缝屏SS1S2若光是波，在屏上会观察到干涉条纹从射出的是相干光波动光学诞生！S1S2dDXOP干涉条纹位置推导相对于等距，故初相相同屏上任一点P，波程差为任意时刻P点振动的相位差为S1S2dDXOPdS1S2dDXOPS1S2dDXOPS1S2dDXOPXI-0级暗纹1级暗

7、纹0级暗纹-1级暗纹1级明纹0级明纹-1级明纹2级明纹-2级明纹亮纹位置暗纹位置结论（3）任意相邻亮（暗）条纹间距相等：（1）屏中央处为0级亮纹（2）0级亮纹两侧对称交替分布各级亮纹和暗纹波长一定时，缝宽越小，条纹间距越宽缝宽一定时，波长越长，条纹间距越宽2红3紫2紫1红1紫中央明纹(白色）-1紫-1红-2紫-3紫-2红2绿1绿-1绿-2绿§10.2.2双缝干涉的光强分布可见光的实际观测效果：一段时间（相对光波周期无限大，宏观时间无限小）内光强的平均值设两列相干光波合振动干涉条纹的明暗分布对应的光强分布？平均光强1

8、、普通光源的非相干叠加光源发光具有随机性，间歇性，随时间迅速变化在（-1,1）之间迅速变化2、相干叠加相干光相差恒定，为常量两光相遇合光强为0定义为条纹明暗对比度，§10.2.3其他分波前干涉方法菲涅耳双面镜S2S1SM1M2DM1M2是夹角为的平面反射镜洛埃镜S1S2ABEF平面反射镜屏上光束来自两部分1、由S1直射来的光2、由反射镜M反射来的光（相当于由