第八章 光的干涉1(双缝干涉).ppt

1 2 光的波动性 干涉现象衍射现象 3 波动光学目录第一光的干涉第二光的衍射第三光的偏振 4 丰富多彩的干涉现象 白光下的水膜 白光下的肥皂膜 5 蝉翅在阳光下 蜻蜓翅膀在阳光下 白光下的油膜 肥皂泡玩过吗 6 第八章光的干涉 1获得相干光的原则 2分波面法双光束干涉 3分波面法多光束干涉 4影响条纹对比度的几个因素 5分振幅法双光束干涉 6干涉仪 7 光波及其相干条件 光波是电磁波 光波中参与物质相互作用 感光作用 生理作用 的是电场强度E矢量 称为光矢量 E矢量的振动称为光振动 平面简谐电磁波 在波动光学中 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 光强 在光学中 通常把平均能流密度称为光强 用表示 光波的描述方法 8 光的叠加性相干条件 两频率相同 光矢量方向相同的光源在p点相遇 9 1 非相干叠加 独立光源的两束光或同一光源的不同部位所发出的光的位相差 瞬息万变 叠加后光强等于两束光单独照射时的光强之和 无干涉现象 要使两列波在P处产生相干叠加 两列波的条件 1 频率相同 2 振动方向相同 3 具有固定的位相差 相干光 10 2 相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后 位相差恒定 有干涉现象 若 干涉相长 干涉相消 11 一 普通光源的发光特点随机间歇 一个原子两次发光随机不相干 两个原子同时发光也不相干 二 从普通光源中获得相干光的原则从一个原子一次发光中获得 装置的基本特征 先分光然后再相遇 三 分波面法分振幅法 1获得相干光的原则 12 分波面法 从一次发光的波面上取出几部分再相遇 满足相干条件 分振幅法 一支光线中分出两部分再相遇 相遇区 分束装置 衍射 分束 13 四 光程引进光程可方便地计算相干光的相位差例 相干光源ab初相相同但到达场点c的过程中经过的介质不同如图 解答 c点的干涉结果取决于两相干光在c点的相位差 c点的干涉结果如何 光线1 光线2 14 计算显得繁琐是否可以化简一下呢 实际情况中往往给出的是该光在真空中的波长所以用真空中的波长 将上式化简 15 光在介质1中的光程 光在介质2中的光程 16 1 光程折射率与几何路程的乘积等效真空路程 2 相位差 光程差 光程差 真空中的波长 光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程 17 五 点光源点光源是光源的一种理想模型点光源中所有发光原子处于同一几何位置在实现光的干涉过程中建立 点光源 的概念很重要尤其是用分波面法获取相干光时更重要点光源模型可使我们更容易看到干涉花样 18 结果 a原子一次发光的两光线经两个反射面反射后在P点相遇进行相干叠加b原子一次发光的两光线经两个反射面反射后也在P点相遇进行相干叠加 如果图示光源可以看做是一个点光源 M是使两光线再相遇的反射面 ab分别是点光源上的两个发光原子 19 结果 a原子一次发光的两光线经两个反射面反射后在P点相遇进行相干叠加b原子一次发光的两光线经两个反射面反射后也在P点相遇进行相干叠加 但由于是点光源b原子与a原子几何位置相同故光程差相同所以a原子与b原子在P点干涉结果相同 20 a原子一次发光在P点进行相干叠加b原子一次发光在P点进行相干叠加 由于a原子与b原子在P点干涉结果相同则在P点ab两原子各自的干涉结果又进行了一次非相干的叠加从而使P点的花样强度增大 21 特殊光源 激光光源普通光源发光 自发辐射 随机 间歇 激光光源发光 受激辐射 光放大发出光的频率相位振动方向全相同 激光的相干性比普通光源要好得多 同一块面积上的点源相干 相干面积 22 六 光的干涉中的基本问题干涉的实验装置确定相干光束写出光程差 相位差 分析干涉花样给出强度分布应用及其它 23 杨 T Young 在1801年首先发现光的干涉现象 并首次测量了光波的波长 2分波面法双光束干涉 24 典型装置1 杨氏双缝 光程差 亮纹 暗纹 一 典型装置 25 二 强度的分布 26 亮纹所在的位置坐标 暗纹所在的位置坐标 双缝干涉花样是一组等间距直条纹 亮纹 暗纹 相邻亮纹或相邻暗纹间距相等均等于 27 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 您能判断0级条纹在哪吗 28 杨氏双缝花样双棱镜花样 劳埃镜花样 29 1 明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧 干涉条纹特点 2 相邻明条纹和相邻暗条纹等间距 与干涉级k无关 两相邻明 或暗 条纹间的距离称为条纹间距 若用复色光源 则干涉条纹是彩色的 方法一 方法二 3 D d一定时 由条纹间距可算出单色光的波长 30 劳埃镜的干涉 S M 或 劳埃镜菲涅耳双棱镜菲涅耳双面镜双透镜 处理办法 等效双缝 思考 为什么光程差公式中出现了 典型装置2 类似杨氏双缝 31 S 双棱镜 双棱镜的干涉 32 双面镜的干涉 M1 M2 S 33 双缝干涉的常用装置 光程差 疑问 透镜存在时的光程差怎么算 34 三 透镜存在时相位差的计算透镜成像不会引入附加相位差 光心 123 123 物点和像点之间各光线光程差为零或 各光线等光程 两波面之间光程相等 结论 透镜成像不会引入附加相位差 35 两个装置的得到的相干光线的光程差相同都等于 36 装置2在屏上相邻亮条纹的间距 思考1 37 问 零级条纹移至何处 若移至原来的第k级明条纹处 其厚度h为多少 例 已知 S2缝上覆盖的介质厚度为h 折射率为n 设入射光的波长为 解 从S1和S2发出的相干光所对应的光程差 当光程差为零时 即零级条纹处有 所以 即零级明条纹往下移了 38 原来k级明条纹位置满足 设有介质时零级明条纹移到原来第k级处 它必须同时满足 所以 39 思考 入射角为 写出如图所示