光的相干性(1)..ppt

光的干涉,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,632.8,656.3,486.1,589.3,546.1,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：,2.光波与机械波相干性比较,相同：,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。,单色光波：频率恒定的一列无限长正弦（或余弦）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。,发展状况：,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,在分别讨论两种方法以前，先建立一个重要概念,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nx距离引起的相位改变相同.,光程差引起的相位差：,17.2杨氏双缝干涉实验,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,条纹特点,条纹宽度：相邻两明（暗）纹中心间距。,条纹变化：,在杨氏做完双缝实验不久，曾有人持反对态度，认为该实验中的干涉图样也许是由于光经过狭缝边时发生的复杂变化而引起的。时隔几年之后，法国物理学家菲涅耳进行了著名的“菲涅耳双面镜”实验，也发现了干涉现象，再次令人信服地证明了光的波动性。,菲涅耳(A.J.Fresnel)双镜实验,菲涅耳具有高超的实验技巧和才能，面对许多物理学家倾向于不相信波动说而以微粒说来解释有关现象，菲涅耳设计了一个新的实验（著名的“菲涅耳双面镜”实验），避开了衍射，而由反射光束产生出干涉现象。,光源S的象S1和S2为相干光源。,菲涅耳双棱镜,光源S0的象S1和S2为相干光源。,洛埃镜,注:光源S和其象S构成相干光源。干涉条纹只存在于镜上方。当屏移到镜边缘时，屏与镜接触处出现暗条纹证明光在镜子表面反射时有相位突变。,三.光的空间相干性,思考：能否通过增加单缝光源宽度来提高干涉条纹亮度?,若单缝宽b:等效于许多平行线光源，彼此干涉条纹错开，条纹清晰度下降直至消失,*描述光源线宽度对干涉条纹的影响。*反映扩展光源不同部分发光的独立性。,练习：在双缝干涉实验中，用折射率n1.58的玻璃膜覆盖一条缝，屏上第7条明纹移动到原来中央明纹处，入射光波长550nm，求玻璃膜厚度。,解：条纹下移，玻璃膜附加光程差为,例2以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m.(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5mm，求单色光的波长；(2)若入射光的波长为600nm,中央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？,解,(1),(2),已知,求,(1),(2),17.3薄膜干涉,讨论：,设：,条纹宽度：两相邻暗纹间距或两相邻明纹中心间距。,相邻明（暗）纹对应薄膜厚度差：,条纹变化：,由此解释肥皂泡、油膜表面的不规则彩色条纹。,应用举例测量微小长度,长度差：,无干涉条纹,轻压平板玻璃,例：劈尖底面有一凹槽，条纹形状如何？,应用举例检测光学平面的平整度,（2）牛顿环,思考：比照劈尖的情况，得出牛顿环干涉条纹的特点,条纹特点：,应用举例,例：测量单色平行光的波长,用读数显微镜测量第k级和第m级暗环半径rk、rm,练