光1 光的干涉 (1) - 副本

波动光学,波动光学,过渡时期：直线传播占主导，波动理论逐渐形成,墨翟,牛顿,惠更斯,托马斯杨,引言：光学发展简史,爱因斯坦,麦克斯韦,梅曼,菲涅耳,几何光学：,以光的直线传播规律为基础，,波动光学：,研究光的电磁性质和传播规律，,量子光学：,以光的量子理论为基础，,研究各种成象光学仪器的理论。,是干涉、衍射、偏振的理论和应用。,物质相互作用的规律。,主要,研究光与,特别,波动光学和量子光学，统称为物理光学。,光学是研究光的现象、光的本性和光与物质相互作用的学科。,通常分为以下三个部分：,机械横波与纵波的区别,机械波穿过狭缝,可见光的波长范围：400nm760nm,电磁波谱,可见光七彩颜色的波长和频率范围,1光的本性,1-1微粒说与波动说之争,牛顿的微粒说：光是由光源发出的微粒流。,惠更斯的波动说：光是一种波动。,1-2光的电磁本性,1801年，英国物理学家托马斯杨（T.Young，17731829）首先利用双缝实验观察到了光的干涉条纹，从实验上证实了光的波动性。,1865年，英国物理学家麦克斯韦从他的电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光就是一种电磁波。,2光的相干性,肥皂泡或光碟表面上的彩色花纹，都是光的波动特性所引发的一种现象。,相干光：能够满足干涉条件的光。相干光源：能产生相干光的光源。,光波是矢量E和H在空间的传播。,光矢量,实验证明光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用等）的是E矢量，称它为光矢量。,E矢量的振动称为光振动。,1、光矢量：,2-1光的相干条件,2、光波叠加原理,假设两光矢量是同方向的，,在观测时间内平均光强是正比于振幅的平方,干涉项:,与两光源的频率、初相位以及空间P的位置有关。它决定着P点的光强,式中为在P处，t时刻两列波的相位差,为光的非相干叠加,为光的相干叠加,两列光波有相互平行的电振动分量,相干条件：,两列光波的频率相等,两列光波的初相位差恒定,相干条件即为相干项不为零的条件,两个独立的光源不可能成为一对相干光源,即使两个光源的频率相同，但是由于原子发光是随机的，间歇性的，两束光波的振动方向不可能一致，相位差不可能恒定。,单色钠黄光,单色钠黄光,激光光源是相干光源,4、激光光源：受激辐射,5、由普通光源获得相干光的途径,P,S*,分振幅法：,P,薄膜,S*,两束相干光在P点相干叠加,分波面法：,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。,杨氏双缝实验第一个判定光性质的关键性实验,1.杨氏双缝实验,2-2杨氏双缝实验,单色光入射,d，Dd（d10-4m，D1m，10-3rad）,P点的明暗决定于S1S2到P点的相位差,两列光波的传播距离之差：,干涉加强,干涉减弱,光干涉条件：,干涉条纹在屏幕上的分布：,屏幕中央（k=0）为中央明纹,其中k称为条纹的级数,相邻两明纹或暗纹的间距：,1.一定时，若变化，则将怎样变化？,讨论,2、双缝干涉光强公式,设I1=I2=I0，则光强为,光强曲线,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,（1）一系列平行的明暗相间的条纹；,（3）中间级次低，两边级次高,明纹：k，k=0,1,2（整数级）,暗纹：(2k+1)/2（半整数级）,（4）,3、双缝干涉条纹的特点,（2）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（见教材例13-1）,级次：k=,例杨氏双缝的间距为0.2mm，距离屏幕为1m。（1）若第一到第四明纹距离为7.5mm，求入射光波长；（2）若入射光的波长为600nm，求相邻两明纹的间距。,解,4、其他分波面干涉实验,要求明确以下问题：,1、如何获得的相干光；,2、明、暗纹条件；,3、干涉条纹特点：,4、劳埃德镜实验，半波损失。,形状、,间距、,级次位置分布；,菲涅耳双面镜分波面干涉,菲涅耳双棱镜分波面干涉,劳埃德镜分波面干涉,半波损失,*当光从折射率大的光密介质，正入射于折射率小的光疏介质时，反射光没有半波损失。,*当光从折射率小的光疏介质，正入射或掠入射于折射率大的光密介质时，则反射光有半波损失。,有半波损失,*折射光没有相位突变,没有半波损失,附加光程差：,1,2,比较从薄膜不同表面反射的两束光相位突变：,当两束光都是从光密介质到光疏介质界面反射（n1n2n3)或都是从光疏介质到光密介质界面反射时（n1n2n2n3，则两束反射光之间有附加的光程差/2。,2-3光程,设光在折射率为n的介质中传播的几何路程r。,包含的完整波个数:,真空中的几何路程：,光程：光在介质中传播的几何路程r与该介质折射率n的乘积nr。,光程的物理意义：光在介质中经过的路程折算到同一时间内在真空中经过的相应路程。,真空中：,介质中：,介质中波长,真空中波长,为方便计算光经过不同介质时引起的相差，,引入光程的概念。,结论：光程是一折合量，它是在相位改变相同或传播时间相同的条件下，把光在媒质中传播的路程折合成在真空中的路程。,为介质中与路程r相应的光程。,这表明，光在介质中传播路程r,真空中波长,传播路程nr引起的相位差相同。,我们称nr,由此得到关系：,【例】计算图中光通过路程r1和r2在P点的相差。,和在真空中,薄透镜、近轴光线时不产生附加光程差,物点到象点（亮点）各光线之间的光程差为零。,在干涉和衍射装置中经常要用到透镜，,近轴光线经过薄透镜后并不附加光程差。,焦点F、F都是亮点，,说明各光线在此同相叠加。,而A、B、C或a、b、c,都在同相面上。,说明AF，,各光线等光程。,或AF，,解：覆盖玻璃前,覆盖玻璃后,则有