大学物理光的干涉精ppt课件

.,10-1光的相干性10-2分波面干涉10-3分振幅干涉10-4光的衍射10-5光栅10-6X射线衍射10-7光的偏振,.,引言：人们对光的认识经历了一个否定的否定过程,1）光的机械微粒学说（17世纪-18世纪末）,代表：牛顿,对立面：惠更斯-波动说,分歧的焦点：光在水中的速度,1850年佛科（Foucauld）测定,微粒说开始瓦解,2）光的机械波动说（19世纪初-后半世纪）,预习:10.2,.,2）光的机械波动说（19世纪初-后半世纪）,英国人杨（T.uoung)和法国人菲涅尔(A.T.Fresnel)和马吕斯通过干涉、衍射、偏振等实验证明了光的波动性及光的横波性。,性质：弹性机械波，在机械以太中传播。,3）光的电磁波动说（19世纪的后半期-）,19世纪后半期Maxwell建立电磁理论，提出了光的电磁性，1887年赫兹用实验证实。,4）光的量子说（20世纪初-）,电磁波动说在解释“热幅射实验”及“光电效应”等实验遇到困难。,.,1900年普朗克提出了“热辐射量子理论”爱因斯坦提出了光子理论，将光看成一束以光速C粒子流。与电磁波动说相对立。二者各自统治着自已的领域。,1924年法国人德布罗意（De.Broglie)大胆地提出了“物质波”的概念，提出了物质的波粒二象性，即：一切物质（包括波）既具有波动性，又具有粒子性。尔后薛定谔、海森伯等人创建了量子力学，又将二者统一起来。,光是一个复杂性的客体，它的本性只能通过它所表现的性质来确定，它的某些方面象波而另一方面象微粒（波粒二象性）。但它既不是波，也不是微粒，也不是二者的混合体。,“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”,.,出现了“相干光学”、“纤维光学”、“全息光学与全息技术”.它是既年轻又古老的科学。也是现代技术的基础,分类：,1）几何光学-研究光的直线传播及光学仪器的制造；,2）波动光学-研究光的波动性；,3）量子光学-研究光与物质的相互作用。,但从20世纪50年代起光学的发展仍是“方兴未艾，前途无限”。,人们把数学、信息论与光的衍射结合起来，发展起一门新的学科傅里叶光学，把它应用到信息处理、像质评价、光学计算等技术中去。特别是激光的发明，可以说是光学发展史上的一个革命性的里程碑，由于激光具有强度大、单色性好、方向性强等一系列独特的性能，自从它问世以来，很快被运用到材料加工、精密测量、通讯、测距、全息检测、医疗、农业等极为广泛的技术领域，取得了优异的成绩。,.,1)颜色是由光波的频率决定的。,2）引起眼睛视觉效应和光化学效应的是场中的电场。,定义：光矢量-电场矢量,光振动光矢量周期性的变化,一）光矢量、光强度,可见光波长,10.1光的相干性,一、光源,.,二）光源、普通光源发光的特点,1）光源-发光的物体,2）发光机理,-由能级辐射跃迁发出的光。,光强：在光学中，通常把平均能流密度称为光强，用I表示。,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：,光源最基本的发光单元是分子、原子,.,3）普通光源发光的特点,在同一时间有大批原子发光，但不同步；,每个原子都是断断续续发光，每次发光时间极短（10-8s），一次只能发出一个有限长度的波列。,各原子的各次发光是相互独立，互不关联的，同一原子先后发出的光及同一瞬间不同原子发出的光的频率、振动方向、初相位、发光的时间均是随机的。,结论：普通光源发出的光为非相干光且同一光源上不同点发出的光也是非相干光。,.,二、光的相干性,要使两列波在P处产生相干叠加,两列光波应满足：,（1）频率相同（2）振动方向相同（3）具有固定的相位差,相干光,将非相干光变为相干光的原则是：,.,二）相干光的获得,1）分波阵面法,屏,从光源发出的同一个波振面上取两部分作为相干光源，这两个相干光源产生的次级波相遇时就可以发生干涉,.,2)分振幅法,P,薄膜,S,P,透镜,透镜,利用光在透明介质薄膜表面的反射和折射，将同一束光分割成振幅较小的两束相干光,.,三、光程光程差,1）介质中光的速度与波长,n:介质折射率：,光在介质中的波长,光在介质中传播时波长变短了,结论：,这将带来什么问题呢？,光在介质中的速度：,.,一般而言：当波传播距离r时，r处的质点相位落后,与波长有关。,若光波分别在真空和介质中传播,r1=r2,P点落后的相位不一样,P,介质,真空,.,2）光程,真空中的相位变化:,介质中的相位变化:,计算时只要将折射率乘几何路程即可！,相位改变与几何路程和折射率有关,光程=折射率几何路程=nr,定义：,.,光程的意义：,两相干光在不同介质中传播时，若光程相同则落后光源的相位相同；,P1点落后S1的相位：,P2点落后S2的相位：,若：,P1、P2点落后S1、S2的相位相同,.,若两相干光的光程相同时，则传播的时间相同。,n1介质中传播的时间：,若：,n2介质中传播的时间：,即传播的时间相同。,结论：光程为一折合量，它是在相位改变相同或传播时间相同的条件下，把光在介质中传播的路程折合成在真空中传播的路程。,.,3)光程差,若两相干光源不是同相位的,两相干光源同相位，,干涉条件,.,关于薄透镜的等光程性,P,Q,一点光源P发出的光经薄透镜汇聚于Q点，形成一亮点,这事实说明：,在焦点处各光线是同相的，发生相长干涉,不同光线通过透镜要改变传播方向，会不会引起附加光程差？,问题,这些光线的光程是相等的（几何路径不相等）,当P点移至无限远,焦点,焦平面,使用透镜不引起附加的光程差,A、B、C的相位相同，在