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文档简介
1、2011-12-04刘庆国-光的干涉1小小 结结2、原子发光的特点:、原子发光的特点:不同原子发光频率不同、振动方向不同,不满足相干条件;不同原子发光频率不同、振动方向不同,不满足相干条件;同一原子先后两次发光位相差不恒定,不满足相干条件;同一原子先后两次发光位相差不恒定,不满足相干条件;原子发光是断续的,每次发光波列长度有限,约原子发光是断续的,每次发光波列长度有限,约s108 3、获得相干光的方法:、获得相干光的方法:把原子一次发光的波列分为两束把原子一次发光的波列分为两束分波阵面法分波阵面法分振幅法分振幅法 频率相同、振动方向相同、位相差恒定频率相同、振动方向相同、位相差恒定1 、相干条
2、件、相干条件2011-12-04刘庆国-光的干涉24、杨氏双缝实验、杨氏双缝实验(1)、干涉图样、干涉图样-明暗相间等间距的平行条纹明暗相间等间距的平行条纹(2)、明条纹中心的位置、明条纹中心的位置(3)、暗条纹中心的位置、暗条纹中心的位置(4)、条纹间距、条纹间距,., 210kdDkx ,., )(321k2dD1k2x dDx 要要 求求1、理解光源发光的特点,理解两个普通光源不相干的道理;、理解光源发光的特点,理解两个普通光源不相干的道理;2、理解获得相干光的方法、理解获得相干光的方法-分波阵面法、分振幅法;分波阵面法、分振幅法;3、掌握杨氏双缝实验的基本装置,及干涉条纹位置的计算;、
3、掌握杨氏双缝实验的基本装置,及干涉条纹位置的计算;2011-12-04刘庆国-光的干涉3例题例题-1杨氏双缝实验中,杨氏双缝实验中,d = 0.2mm D =1.0m 已知已知 2 级明条纹的位置级明条纹的位置 x2 = 6.0mm(2)、若改用、若改用 ,则条纹间距如何,则条纹间距如何?m50 . mm52dDx. 2xD1s2sd021(1)、求:波长、条纹间距、求:波长、条纹间距? dDkxk 得得nm600D2dx2 mm03dDx. 波长常用单位换算波长常用单位换算A10nm10m143 2k 2011-12-04刘庆国-光的干涉4例题例题-2杨氏双缝实验杨氏双缝实验mm20d. c
4、m100D 白光照射白光照射nm700400 求:能看到几级完整光谱求:能看到几级完整光谱?0k 1k 2k 3k 解:干涉极大的位置解:干涉极大的位置 dDkx 2R3Bxx 2 级和级和 3 级光谱重叠级光谱重叠只能看到完整的只能看到完整的 1 级光谱级光谱mm02x1B. mm04x2B. mm06x3B. mm0 x0B mm53x1R. mm07x2R. mm510 x3R. mm0 x0R 2011-12-04刘庆国-光的干涉522-2-6 双缝干涉条纹的衬比度双缝干涉条纹的衬比度1s2sxo1r2rP D设两相干光源在屏上设两相干光源在屏上P点产生点产生光振动振幅分别为:光振动振
5、幅分别为:21AA 在在P点的位相差为:点的位相差为: 屏上屏上P点合振动振幅为:点合振动振幅为:A1A2AA 则有则有21AAA cos2122212AA2AAA 11 cos2011-12-04刘庆国-光的干涉622-2-6 双缝干涉条纹的衬比度双缝干涉条纹的衬比度2AI 11 cos光强正比于振幅的平方光强正比于振幅的平方211AI 222AI cos2121II2III 2121II2III max2121II2III min定义干涉条纹的衬比度定义干涉条纹的衬比度minmaxminmaxIIIIV 2011-12-04刘庆国-光的干涉722-2-6 双缝干涉条纹的衬比度双缝干涉条纹的
6、衬比度当当 时时21II 21AA 12121I4II2III max0II2III2121 min此时此时1IIIIV minmaxminmax为最大值,条纹清晰为最大值,条纹清晰xI2011-12-04刘庆国-光的干涉822-2-6 双缝干涉条纹的衬比度双缝干涉条纹的衬比度当当 时时21II 2121II2III max0II2III2121 min此时此时1IIIIV minmaxminmax条纹模糊条纹模糊xI2011-12-04刘庆国-光的干涉922-3 其他分波阵面的干涉其他分波阵面的干涉杨氏双缝实验的缺点:条纹亮度低、光强弱杨氏双缝实验的缺点:条纹亮度低、光强弱22-3-1 菲涅
7、耳双棱镜实验菲涅耳双棱镜实验S1S2SdD dDx 菲涅耳菲涅耳(法法)1788-18272011-12-04刘庆国-光的干涉1022-3-2 菲涅耳双面镜实验菲涅耳双面镜实验D2s1sdH1M2MsL dDx 2011-12-04刘庆国-光的干涉11 dDx P 点点 ,应该是明纹,应该是明纹,但实际却是暗纹但实际却是暗纹!实验证明:实验证明:光也具有半波损失!光也具有半波损失!0rr12 MHP22-3-3 洛埃镜实验洛埃镜实验SS Dd2011-12-04刘庆国-光的干涉1222-4 光的非单色性对干涉条纹的影响光的非单色性对干涉条纹的影响原子发光是断续的,原子发光是断续的,每次发光持续
8、时间约每次发光持续时间约波列长度有限波列长度有限s108 m3L 一个长度有限的波列,实际是许多频一个长度有限的波列,实际是许多频率不同的简谐波叠加而成。率不同的简谐波叠加而成。 所谓所谓“单色光源单色光源”发光,不是只有一个单一频率发光,不是只有一个单一频率(或者波长或者波长),而是有一定的频率范围或波长范围,称为而是有一定的频率范围或波长范围,称为准单色光准单色光。 称为谱线宽度,即强度等于最大强度一半时的波长范围称为谱线宽度,即强度等于最大强度一半时的波长范围 愈小,光的单色性愈好愈小,光的单色性愈好 I0I2I0 2011-12-04刘庆国-光的干涉1322-4 光的非单色性对干涉条纹
9、的影响光的非单色性对干涉条纹的影响xI01234 设准单色光的干涉条纹从第设准单色光的干涉条纹从第 k 级开始重叠级开始重叠 I0I2I0 则最大光程差则最大光程差)()(max21k2k 考虑考虑 得得 k 2 max只有两束光光程差小于只有两束光光程差小于 时才能观察到干时才能观察到干涉条纹,因此涉条纹,因此 称为称为相干长度相干长度max max 2011-12-04刘庆国-光的干涉1422-5 光源大小对干涉条纹的影响光源大小对干涉条纹的影响o1s2sDdss21 LoNoNMLRb光源宽度光源宽度b 光源平面上每一点都在观察屏形成独立的干涉条纹,这些干涉光源平面上每一点都在观察屏形成
10、独立的干涉条纹,这些干涉条纹在屏上是非相干叠加的。条纹在屏上是非相干叠加的。 理论上可以得出理论上可以得出 Rbd 2011-12-04刘庆国-光的干涉1522-5 光源大小对干涉条纹的影响光源大小对干涉条纹的影响光源宽度光源宽度b 较小时的条纹较小时的条纹xI光源宽度光源宽度b 较大时的条纹较大时的条纹xINLooo NLooo 2011-12-04刘庆国-光的干涉1622-5 光源大小对干涉条纹的影响光源大小对干涉条纹的影响当普通单色光源的宽度当普通单色光源的宽度b 一定时,预观察到干一定时,预观察到干涉条纹,杨氏双缝的宽度必须小于某一定值涉条纹,杨氏双缝的宽度必须小于某一定值 bRd0
11、0d称为称为相干间隔相干间隔定义定义Rd00 称为称为相干孔径相干孔径o1s2sDdss21 NMLRb 0 2011-12-04刘庆国-光的干涉1722-6 光程和光程差光程和光程差e1s2s1r2rP当一条光路中有另一种媒质当一条光路中有另一种媒质存在时,两列波的位相差存在时,两列波的位相差= =?对一定频率的单色光,在不对一定频率的单色光,在不同的媒质中传播时,频率不同的媒质中传播时,频率不变,但波长会发生改变。变,但波长会发生改变。 cc en在真空中在真空中 2在媒质中在媒质中 2 2光波每传播一个波长的距离,位相改变光波每传播一个波长的距离,位相改变2011-12-04刘庆国-光的
12、干涉18 nc nc c n 在媒质中传播距离在媒质中传播距离 e 位相的改变位相的改变 ne2e2 光在媒质中传播光在媒质中传播 e 距离的距离的位相变化位相变化,与在真空中传播,与在真空中传播 ne 距离距离位相变化位相变化相同。将相同。将 ne 称为称为光程光程。光在媒质中的传播距离,按位相变化相同,光在媒质中的传播距离,按位相变化相同,折算为折算为光光在真空传播的路在真空传播的路程程。光程光程的物理意义:的物理意义:22-6 光程和光程差光程和光程差2011-12-04刘庆国-光的干涉19光程差光程差 两列相干波的光程之差两列相干波的光程之差en)(erner12 e1nrr12)(
13、位相差位相差 2 光程差与条纹移动光程差与条纹移动1s2s1r2rM光路中没有媒质时,两波光路中没有媒质时,两波源源 S1、S2 到达到达M 点的光程点的光程差等于差等于 0,M 点为点为 0 级条级条纹的位置;纹的位置;光路中有媒质时,光路中有媒质时,M 点的点的光程差不为光程差不为 0,M 点不再点不再是是 0 级条纹的位置。级条纹的位置。0e1nM )( 22-6 光程和光程差光程和光程差2011-12-04刘庆国-光的干涉20P 点的光程差点的光程差e1nrr12P)( e1nrr12)( 当当0P P 点为新的点为新的 0 级条纹位置,级条纹位置,条纹的位置发生移动。条纹的位置发生移
14、动。( n 1 )e 每增加一个波长,每增加一个波长,P 点向上移动一条条纹。点向上移动一条条纹。移动条纹数移动条纹数N e1nN)( 条纹移动的距离:条纹移动的距离:xNMP 当当 e 增加时,增加时,r2 - r1 增加,增加,P 点向上移动;点向上移动;enP1r2r1s2sM22-6 光程和光程差光程和光程差2011-12-04刘庆国-光的干涉21透镜与光程差透镜与光程差FF54321平行光经透镜汇聚于焦点平行光经透镜汇聚于焦点 F,形成亮点,说明,形成亮点,说明 5 条光线在条光线在 F 点处干涉加强,点处干涉加强,5 条光线至条光线至 F 点点光程相等。光程相等。光路中的透镜光路中
15、的透镜只改变波的传只改变波的传播方向或波面播方向或波面的形状,不产的形状,不产生附加的光程生附加的光程差。差。计算光程计算光程差时可以不考差时可以不考虑光路中透镜。虑光路中透镜。结结 论论FSS 22-6 光程和光程差光程和光程差2011-12-04刘庆国-光的干涉22已知薄膜的折射率已知薄膜的折射率 n =1.5,使用氦氖激光器作为光源,在一光路,使用氦氖激光器作为光源,在一光路中插入薄膜后中插入薄膜后 ,0 级明条纹中心变为级明条纹中心变为 3 级明纹中心,即干涉条纹级明纹中心,即干涉条纹的位置向上移动了的位置向上移动了 3 条。求薄膜的厚度条。求薄膜的厚度?例题例题- 3利用杨氏双缝实验
16、,可以测量超薄薄膜得厚度。利用杨氏双缝实验,可以测量超薄薄膜得厚度。 eno 2r 1r o1s2sx2r1r解:由氦氖激光波长解:由氦氖激光波长A6328 未加薄膜时未加薄膜时0rr12O 加入薄膜后加入薄膜后 3e1nrr12O )(0e1nrr12O )( 3e1n )(1n3e A32731 m273 . 加入薄膜前后光程的改变加入薄膜前后光程的改变2011-12-04刘庆国-光的干涉23 杨氏双缝干涉条纹移动问题之一:当缝杨氏双缝干涉条纹移动问题之一:当缝 S2 用如图形状用如图形状透明媒质遮盖,并逐渐向上插入时,试分析干涉条纹的变化透明媒质遮盖,并逐渐向上插入时,试分析干涉条纹的变
17、化?例题例题-4ne2s1soP2r1r解:插入介质,解:插入介质,O 点的光程差点的光程差12re1nr )( 中央明纹中央明纹(0 级条纹级条纹)位置位置0re1nr120 )( 即:即:e1nrr21)( 当薄膜的厚度逐渐增加时,当薄膜的厚度逐渐增加时,r1 增增加加 r2 减小,中央条纹向下移动减小,中央条纹向下移动条纹间距不变条纹间距不变 dDx 2011-12-04刘庆国-光的干涉24解:此时解:此时S1、S2 两点不在同一波面上,两子波源的初位相不同。两点不在同一波面上,两子波源的初位相不同。 杨氏双缝干涉条纹移动问题之二杨氏双缝干涉条纹移动问题之二当单缝当单缝 S 相对于相对于 S1 、 S2 向上移动时,试分析干涉条纹变化向上移动时,试分析干涉条纹变化?例题例题-5)(121020rr2 )(121020ll2 2 )()(1212rrll s2s1soP2r1r1l2lo 0 级条纹的位置级条纹的位置0 0llrr1221 21rr 0 级条纹向下运动级条纹向下运动条纹间距不变条纹间距不变 dDx 2011-12-04刘庆国-光的干涉255、光程、光程(1) ne -光在媒质中传播的距离与媒质折射率的乘积光在媒质中传播的距离与媒质折射率的乘积按位相变化相同,把光在的媒质中的按位相变化相同,把光在的媒质中的传播距离折算到真空中传播的距离传播
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