光的相干性ppt课件.ppt

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1、光的干涉光的干涉光的干涉第十七章interferenceoflightchapter17可见光是一种可被人眼所感觉的电磁波（波长390nm--760nm），是人类以及各种生物生存不可缺少的最普通的要素，但对它的规律和本性的认识经历了漫长的过程。牛顿根据日常生活中光的直线特点，提出了光是一种粒子的观点；但是，在一百来年后的1801年，英国的托马斯－杨等人通过实验发现了光具有波的特点――能产生干涉、衍射等现象。于是，人们又慢慢接收了光是一种波的观点。光学的发展到了1900年，德国的普朗克、爱因斯坦分别在解释黑体幅射、光

2、电效应等实验时发现，光同时具有波动性与粒子性――波粒二象性。这是我们目前对光的本质的认识。本篇关于光的波动规律的讲解，基本上还是近200年前托马斯·杨和菲涅耳的理论，当然还有许多应用实例是现代化的。现代的许多高新技术中的精密测量与控制就应用了光的干涉和衍射的原理，激光的发明更使“古老的”光学焕发了青春。§17-1相干光一、光的相干性颜色：红~紫广义：电磁波狭义：可见光，电磁波中的狭窄波段1.光632.8656.3486.1589.3546.1常用的单色光源及波长氦氖激光钠灯汞灯氢灯光矢量：光振动：光强：相对光强：光

3、波：交变电磁场在空间传播2.光波与机械波相干性比较相同：(2)光强分布：干涉项(1)相干条件振动方向相同频率相同相位差恒定相长相消相长相消(3)不同：机械波源与光波波源特征不同容易满足相干条件难以满足相干条件一般光源的发光机制：被激发到较高能级的原子跃迁到低能级时，辐射出能量。例：氢原子光谱巴耳末系（可见光）一个原子，一次跃迁，发出一个光波波列3…542频率一定振动方向一定初相一定持续时间有限:波列长度有限:断续、脉冲式非严格单色波不同原子发出的波列单色光的波列波列的叠加单色光波：频率恒定的一列无限长正弦（或余弦）

4、光波。所以原子发射的光，其波列长度是有限的，光谱线都有一定宽度，通常说的单色钠光灯发出的黄色光不是严格的单色光。氦-氖激光器发出的光也不是严格的单色光。波列越长，谱线宽度越窄，光的单色性越好。不同原子发光、或同一原子各次发光频率振动方向初相具有随机性难以满足相干条件均匀分布，非相干叠加两普通光源或同一光源的不同部分是不相干的0发展状况：(1)激光：产生机理不同，具有相干性普通光源：自发辐射完全相同激光：受激辐射频率相位偏振态传播方向(2)快速光电接收器件——皮秒技术可以观察到十分短暂的干涉，甚至两个独立光源的干涉。

5、3.从普通光源获得相干光思路：将同一点光源、某一时刻发出的光分成两束，再引导其相遇叠加(1)分波阵面法将同一波面上两不同部分作为相干光源(2)分振幅法（分振幅~分能量）将透明薄膜两个面的反射（透射）光作为相干光源①②③⑤④在分别讨论两种方法以前，先建立一个重要概念4.光程、光程差相干光源相干光源相干光在相遇点P叠加的合振动强度取决于两分振动的相位差如何简化？思路：设法将光在介质中传播的距离折合成光在真空中的距离，折合原则：在引起光波相位改变上等效。结论：光在折射率为n的介质中前进x距离引起的相位改变与在真空中前进n

6、x距离引起的相位改变相同.介质中x距离内波数：真空中同样波数占据的距离介质折射率l¢x真空介质？定义：等效真空程S1S2r1r2n1n2P光程差：等效真空程之差光程差引起的相位差：统一为：光程差真空中波长当相长~明相消~暗若当明暗常见情况：(1)真空中加入厚d的介质、增加（n-1）d光程(2)光由光疏介质射到光密介质界面上反射时附加折射率n较小n较大（半波损失）(3)薄透镜不引起附加光程（物点与象点间各光线等光程）ThomasYoung1773--1829英国医生、科学家托马斯.杨1801年用双缝干涉实验证明了光的

7、波动性，并首先测出太阳光的平均波长：该实验对光的波动说的复苏起到关键作用，在物理学史上占重要地位。“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此非得认为他是百无一失的。我……遗憾地看到他也会弄错，而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”§17.2杨氏双缝干涉实验(1)分波阵面法将同一波面上两不同部分作为相干光源(2)分振幅法（分振幅~分能量）将透明薄膜两个面的反射（透射）光作为相干光源①②③⑤④当同一束光的两部分从不同的路径，精确地或者非常接近地沿同一方向进入人眼，则在光线的路程差是某一长度的整数倍处，光将最强，而在干涉区

8、之间的中间带则最弱，这一长度对于不同颜色的光是不同的。原稿中的插图和论述装置（原理图）：单缝双缝屏线光源k=2101光束实验结果（1）当平行光垂直照射双缝时，屏幕中央为明纹，向两侧分布明暗相间的条纹；（2）单色光条纹间距x。（3）对于复色光，明条纹有色散，内侧紫，外侧红明暗纹条件屏单缝双缝d明暗明暗k取值与条纹级次一致条纹特点**k=+1k=-2k=+