《分波面双光束干涉》PPT课件.ppt

1,分波阵面方法,分振幅的方法,获得相干光的途径（方法）,p,S *,分波面法,分振幅法,p,薄膜,S *,从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,2,1.3.1 光源和机械波源的区别 光源-能发射光波的物体,1. 光源发光机制：光源的最基本发光单元是分子、原子， 光源发光本质是原子振动辐射电磁波。, = (E2-E1)/h,E1,E2,能级跃迁辐射,波列长L = c,1.3 分波面双光束干涉,3,从发光机制上，可以将光源分为两大类: 普通光源：以自发辐射为主导地位 激光器：以受激辐射为主导地位,4,（1） 普通光源：自发辐射,独立(不同原子发的光),独立(同一原子先后发的光),发光的随机性,发光的间隙性，每次 发光时间约108秒,热光源,即：普通光源中各发光原子是不相关原子，各自独立的，原子发光在时间上是间断性的，随机的，每次发光时间约108秒，在同一时刻，各个原子发射的光波，其初位相和矢量的振动方向各不相同。,结论：普通光源各个发光原子，发射的既不是同位相的光波，也不是具有恒定位相差的光波，振动方向各不相同，是自然光，这样的发光机制称自发辐射。,5,所以，普通光源的光波特点： 1原子振动时随机的发出“有限长的波列” 2各波列之间没有恒定的位相关系，即：每个波列的初位相各不相同。 3自然光:E矢量振动方向包含与传播方向垂直的一切可能的振动方向。,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，位相差不可能恒定。,6,(2) 激光光源：受激辐射, = (E2-E1)/h,完全一样(频率,位相,振动方向,传播方向),相干光源,激光器中各发光原子彼此是相关原子，能步调一致地振动而发光，虽然原子每次发光是间歇式的，但每次持续发光时间比较长(10-4 秒),结论：激光器发射的是同位相的（各波列有恒定的位相关系）光波，波列长度较长。,7,综可知：在两个通常独立的光源中，或甚至在同一发光体的不同部分，它们是不相干的。 2.机械波源：其振动在观察时间内通常是持续进行，不能中断，因而它们之间的位相关系能够保持不变，所以独立的机械振源一般是相干的。,8,1.3.2 从普通光源获得相干光束的巧妙构思-典型的干涉实验,(一)巧妙构思（分波阵面法） 限制普通光源的发光面，使之成为点光源或缝光源，那么其临近的发光原子是相关原子，就能发射同初位相的光波，然后通过一定装置,从同一点缝光源发出的同一波列的波阵面上分离出的两列光波相遇后，必能产生干涉，这就是从普通单色光源获得相干光束的巧妙构思称为波阵面分割法获得相干光。从普通光源获得相干光的物理思想-称为分波阵面法。,9,P,(二)、几种典型的分波面干涉实验,1、杨氏实验,杨氏实验是分波面干涉最著名的例子，分析杨氏实验，可了解分波面干涉的一些共同特点。, 实验装置,单色光入射,r1,r2,d ，r0 d （d 10 -4m， r0 m）,10,杨氏实验装置如图,11,12,13,光程差：,相位差：, 明暗条纹满足的条件,明纹,暗纹,明纹,暗纹,14,条纹间距:,15,16,17, 一系列平行的明暗相间的条纹；, 中间级次低，两边级次高；, 条纹特点：, 不太大时条纹等间距；, 白光入射时，0级明纹中心为白色（可用来定0级位置），其余级明纹构成彩带，第2级开始出现重叠（为什么？）,18,白光入射的杨氏双缝干涉照片,红光入射的杨氏双缝干涉照片,19, 光强分布,若 I1 = I2 = I0 ，,则,光强曲线,设狭缝,：振幅为 ，光强为,：振幅为 ，光强为,迭加后,20,双缝干涉条纹的静态分布： (a)形状：明暗相间直条纹，光强相等。 (b)屏中央为0级明纹。 (c)条纹间距,双缝,21,动态变化规律,影响条纹移动的因素主要有三个：光源变动；干涉装置变动；光程中介质的变化 干涉条纹的移动规律同光程差的如何改变是息息相关的，那如何分析条纹移动规律呢？ 有两种方法： a、注视干涉场某一点P，观察有多少个条纹移过该点，因为每当光程差 (p)增减一个波长，就有一根干涉条纹移过P点，所以条纹移过该点的条纹个数N与该点光程的改变量之间的关系为,。,22,b、跟踪干涉场某一级条纹的移动方向，看它移动了多少距离。,结论：不论什么原因，当干涉场P点的光程差增大时，P点对应的干涉级次j都要增大，干涉条纹向原干涉级次j低的方向移动；反之，当P点光程差变小时，P点对应的干涉级j要降低，干涉条纹将向原干涉级次j高的方向移动。,23,未贴薄片： 为零光程差处,贴薄片： 为零光程差处,零光程差处移动,两列光通过狭缝前已有光程差,两列光通过狭缝后到 点的光程差,问题 若薄片贴在 处，条纹如何移动？,例题- p25页,24,讨论 干涉问题分析的要点:,1、搞清发生干涉的光束；,2、计算光程差；,4、求出光强公式、画出光强曲线。,3、搞清条纹特点：,形状、,位置、,级次分布、,条纹移动等；,作业：1-1、1-2,25,2、菲涅耳双面镜, 实验装置,虚光源 和 发出的光为相干光，在相遇区域（阴影部分）发生干涉。,26, 明暗条纹满足的条件,由几何关系知， 、 、 在以 为圆心，半径为 的圆上,(圆周角),(圆心角),27,明纹,暗纹,参照杨氏干涉的位置条件，得,条纹间距, 明暗条纹满足的条件,28,条纹形状、间距、级次和杨氏干涉条纹一样。,条纹分布区域在光线相遇的阴影区内。, 条纹特点：,例：氦氖激光发橘红光,29,3、洛埃镜, 实验装置,30, 条纹特点,在光线相遇的阴影区内，干涉花样为与狭缝光源平行、等间距、明暗相间条纹。,把屏幕 移到和镜面相接触的位置 ， 和 到接触点 的路程相等，似乎接触点应出现亮纹，实验事实是接触点是暗纹。,实验表明,直接射到屏上的光,镜面反射到屏上的光,位相相反, 直接射到屏上的光位相不变, 反射光的位相改变了 半波损失,光从光疏介质射向（掠射：入射角接近 ）光密介质时，反射光的位相较之入射光的位相跃变了 。光从光密介质射向光疏介质时,反射光不产生半波损失。,31,在相干光迭加的区域内：,取整数，取值范围由光线的迭加区域决定 。, 明暗条纹满足的条件,明暗条纹位置互换,条纹分布区域在光线相遇的阴影区内,暗纹,明纹,32,在相干光迭加的区域内：,取整数，取值范围由光线的迭加区域决定 。, 明暗条纹满足的条件,明暗条纹位置互换,条纹分布区域在光线相遇的阴影区内,暗纹,明纹,33,34,4、维纳驻波实验,复习 机械波驻波特性：,入射波与反射波发生干涉。,腹点：任何时间内振幅最大处。,节点：任何时间内振幅最小处。,相邻两节点（腹点）的距离为,35, 实验装置,用波长为 的单色光垂直入射。,原理：单色光垂直入射到 上，反射光与入射光发生 干涉，形成驻波。感光乳胶片 与 成 角度， 目的在于测得不同级的驻波。,问题 若平行放置感光乳胶片记录相等的强度，为什么？,答案 同一高度上的入射波和反射波位相差相等，光强相等。,36,平行于 的平面表示驻波的腹点。,已知 、 ，计算相邻暗条纹间距 ：,腹点的平面与乳胶面 相交的地方显影后变黑，如条纹 和 ，节