第十四章光的干涉.ppt
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1、,第 五 篇,波动光学,基 本 要 求,一、了解普通光源发光的特点,理解获得相干光的方法。,二、掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系。,三、掌握杨氏双缝干涉的基本装置及干涉条纹位置的计算。,四、掌握薄膜等厚干涉的基本装置(平面平行膜、劈尖、 牛顿环等),了解产生“半波损失”的条件,能分析 确定干涉条纹的位置。,五、了解麦克尔逊干涉仪的工作原理及应用。,14- 5 光的相干性,一、光源 能发射光波的物体,光源的最基本发光单元是分子、原子。, = (E2-E1) / h,E1,E2,能级跃迁辐射,波列长 L = c, 可见光的频率范围:7.51014 3.91014 Hz, 真空中的波长范围:4
2、00 760 nm, 相应光色:紫、蓝、绿、黄、橙、红, 单色光:具有单一频率的光, 复色光:由各种频率组成的光, 光波是电磁波,E 称为光矢量, E矢量的振动称为光振动。,光波中与物质相互作用(感光作用、生理作用) 的是 E 矢量。,平面简谐电磁波:, 光强:平均能流密度,用 I 表示。,波动光学中主要讨论的是相对光强,因此在同一介质中 直接把光强定义为:,1. 普通光源: 自发辐射,发光的随机性,发光的间歇性,热光源, 结论:两个独立的光源不可能成为一对相干光源。, 原因:原子发光是随机的、间歇性的,两列光波的振动 方向不可能一致,相位差不可能恒定。,2. 激光光源:受激辐射, = (E2
3、-E1) / h,频率、相位、振动方向完全一样, 激光可做相干光源。,2. 相干条件,(1)频率相同;(2)振动方向相同;(3)相位差恒定,二、光的相干性,1. 光的干涉现象, 将光源上一个发光点的光分成两束,各经历不同的路径再 会合迭加,可满足相干条件产生干涉。,3. 相干光源, 满足相干条件的光源,1. 分波阵面方法,三、相干光的获得,同一波阵面上的不同 部分产生次级波相干,利用光的反射和折射, 将同一光束分割成振幅较小 的两束相干光,2. 分振幅的方法,3. 激光,四、可见光的波长范围,: 400 760 nm,( 4000 7600 ),紫: 400 450 nm,蓝: 450 500
4、 nm,绿: 500 580 nm,黄: 580 600 nm,橙: 600 620 nm,红: 620 760 nm,1 = m,五、光程和光程差,1. 光程,光在真空中的传播速度 c :,光在介质中的传播速度 u :,光在介质中的波长:, 结论:光在介质中的波长是真空中波长的 倍。,(14-40),光在介质中传播几何路程 r 后 相位的变化为:,两光到达相遇点的相位差是:, 不能用几何路程差 而必须用光程差计算相位差。,光在某一介质中所传播的几何路程 r 和该介质的 折射率 n 的乘积 n r,光程 =,2. 光程的意义,光在介质中的光程 = 相同时间内光在真空中走的几何路程。, 结论:
5、决定干涉强弱的是相位差或光程差而不是几何路程差。,光程,(14-42),两个同相的相干光源发出的相干光的干涉条纹明暗条件,光程差,相位差,3. 光程差干涉条件,明纹,暗纹,由光程差确定:,已知 r1, r2 ,n,l,相干光 S1,S2 初相相同,,求:相干光 S1, S2 到达 P 点的光程差 和相位差 。,1. 光程差:,2. 相位差:,练习,A、B、C 的相位相同,在 F 点会聚,互相加强,,A、B、C 各点到 F 点的光程相等。, 结论:薄透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。,六、透镜的等光程性,14 -6 分波阵面法产生的干涉,1. 实验装置,一、杨氏双缝实验,2. 杨氏双缝干涉条
6、纹,明纹中心位置:,暗纹位置:,(14-50),(14-51),(1) 明、暗相间的条纹对称分布于中央明纹两侧;,3. 干涉条纹特点,(2) 相邻明(或暗)条纹等间距,与干涉级 k 无关。,4. 相邻两明(或暗)条纹间的距离称为条纹间距。,5. D、a 一定时,,或,若用白光照射双缝,屏上中心明纹仍为白色,两侧对称分布各级紫内红外的彩色条纹。更高级次的彩色条纹可能会发生重叠 。,0,例题: 在扬氏双缝实验中,用薄云母片(n=1.5) 盖住一缝,这时,屏幕的中心为原来的第8级条纹所占据,若以镉灯作 光源(=648.3nm) ,求云母片的厚度是多少?,P 91 例题14-3,2. 洛埃镜实验, 结
7、论: 光从光疏介质射向光密介质界面时,在掠射或正射 两种情况下,在反射时产生“半波损失”。,验证了反射时有半波损失存在。,实验装置:,1. 菲涅耳双面镜实验,二、分波面法干涉的其他一些实验,实验装置:,解法 1:,解法 2:,练习 在杨氏双缝实验中,若=632.8mm,如果用折射率 n=1.58的透明薄膜盖在S1缝上,如图所示,发现中央 明纹向上移动了3条,处于P点位置,试求薄膜的厚度。,利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和折射, 可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。,一、平行平面薄膜干涉,在透明介质 n1 中放入上下表面平行、厚度为e 的均匀介质 n2( n1 ),,14 - 7 分振
8、幅法产生的光的干涉,用光源照射薄膜, 其反射和透射光如图所示:,光线 1 与 2 的光程差为:,由折射定律和几何关系可得出:, 附加光程差的确定:,由半波损失 引起的 附加 光程差,满足 n1 n3 (或 n1 n2 n3 ),满足 n1 n2 n3 (或 n1 n2 n3 ),对同样的入射光来说,当反射方向干涉加强时, 在透射方向就干涉减弱, 产生附加光程差, 不存在附加光程差,1. 薄膜干涉条件,2. 空气中的介质薄膜干涉条件,加强,减弱,加强,减弱,4. 透射光干涉(垂直入射), 结论:当反射光干涉加强时透射光干涉减弱,反之亦然。,3. 入射光垂直照射空气中的介质薄膜 ( ),5. 薄膜
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