光的干涉课件

1、第一章 光的干涉第1页，共34页。光的本性是什么？ 波动性：光有干涉、衍射和偏振现象。 粒子性：光电效应和康普顿效应。第2页，共34页。 什么是电磁波？ 什么是机械波？第3页，共34页。 1.1 光的电磁理论一、光与电磁波的比较：1. 在真空中，传播速度均为2. 都有横波的性质，即有干涉、衍射、 偏振等现象。3. 频段：电磁波在无线电波到射线之间可见光在结论：光是某一波段的电磁波。第4页，共34页。光在真空中的传播速度光在介质中的传播速度二、透明介质的折射率电磁波在真空中的传播速度第5页，共34页。三、光是一种横波（光的传播方向）（磁场分量）（电场分量）第6页，共34页。 电磁波的E和H与传播

2、方向垂直，但对人眼或感光仪器起作用的是E。第7页，共34页。四、可见光谱 波长390nm760nm 频率7.51014Hz4.11014Hz红 760nm630nm橙 630nm590nm黄 590nm570nm绿 570nm500nm青 500nm460nm蓝 460nm430nm紫 430nm400nm第8页，共34页。五、光强 光强(能流密度)：在单位时间内通过与波的传播方向垂直的单位面积的能量或单位面积的光功率。 平均光强度相对光强度第9页，共34页。1-2 波动的独立性、叠加性和相干性1、机械波的独立性 波在相遇的区域内，只要振动不十分强烈，就能保持自己的特性（频率、振幅和振动方向）

3、按自己原来的传播方向前进，彼此不相互影响。第10页，共34页。2、机械波的叠加性 波在相遇的区域内，介质质点的合位移为各波分别单独传播时在该点引起的位移的矢量和。返回退出第11页，共34页。3 波动的相干性（即波动的干涉） 两列独立传播的波，若在相遇区域内叠加的结果是合振动在一些地方加强、一些地方减弱，则这一强度按空间周期性变化的现象称为波的干涉。干涉的充要条件： 频率相等 相位差恒定 振动在一条直线上。说明： 干涉的结果：产生振动强度的非均匀分布，即出现干涉花样。 干涉是波动的一大特征：凡出现干涉花样的物理过程，一定是波动。 波动能量的传递：以振动形式在物质中传播，物质本身并不随波移动。 光

4、具有干涉现象，说明光是一种波动。第12页，共34页。4、相干叠加与非相干叠加（一）、相干光源与非相干光源 若两光源所发出的两束光波叠加能产生干涉，则这两个光源称为相干光源；否则，称为非相干光源。能产生干涉花样的叠加称为相干叠加；否则，称为非相干叠加。（二）、相干叠加与非相干叠加设有两列频率相等、沿同一直线振动、相位不同的简谐波：由叠加原理，设合振动为E，合振幅为A，合成后初相位为则：第13页，共34页。讨论：1、由于振动强度 IA2，所以，合振动强度并不简单地等于两分振动强度和； 2、如同照相一样，观察和记录的并非某一时刻的强度瞬时值，而是在一定时间间隔内的时间平均值：第14页，共34页。 若

5、两振动不中断合振动平均强度达最大值干涉相长合振动平均强度达最小值干涉相消第15页，共34页。 若振动时断时续，两初位相独立地变化，即：故：此时，合振动的平均强度为两分振动强度之和第16页，共34页。问题：一个普通光源发出的两列光波是否是一对相干光源?第17页，共34页。光源的最基本发光单元是分子、原子等第18页，共34页。原因：发光是随机的，间歇性的。 两列光波相位差不可能恒定。两束光不相干！钠光灯第19页，共34页。怎样利用普通光源获得相干光？ 把由光源上同一点同一次发的光设法分成两部分，然后再使这两部分叠加起来。由于这两部分光实际上都来自同一发光原子的同一次发光，它们满足相干条件而成为相干

6、光。分开之后所走的路程不同，导致光波的相位不同，根据其差别分别产生干涉加强或者减弱。光学系统0光学系统1光学系统2PS第20页，共34页。13 单色光波叠加形成的干涉条纹 频率单一且恒定的光波称为单色光。首先，研究空间两单色点光源所发光波的干涉。一、位相差、光程和光程差如右图示：从空间两定点S1、S2发出的两列单色简谐波，同时到达空间另一点P设两点光源S1、S2的振动可表示为PdP0s1r1Nr2r0s2DySr第21页，共34页。当它们同时到达P点时，其振动方程为：1、位相差：PdP0s1r1Nr2r0s2DySr第22页，共34页。2、光程 、光程差定义：介质折射率与光波在该介质中所通过的

7、路程的乘积，称为光程，用表示；讨论：当光在真空中传播时，n=n1=n2=1此时在均匀介质中 即：介质中光程等于相同时间内光在真空通过的路程光程的物理意义 因此，利用光程的概念，可以将光在不同介质中的光程折算成在真空中传播的路程，从而加以比较。第23页，共34页。第24页，共34页。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？第25页，共34页。A、B、C 各点到F焦点的光程都相等。AaF比BbF经过的几何路程长，但BbF在透镜中经过的路程比AaF长，透镜折射率大于1，折算成光程， AaF的光程与BbF的光程相等。解释使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。第26页，共34页。二、干

8、涉花样1、干涉公式：对真空中的S1、S2 发出的两列相干光波有： j 称为干涉级， j 可取0， 第m个条纹对应的干涉级j= m-1第27页，共34页。2、干涉花样：形状：强度相同的空间点形成同一级条纹 r2-r1=同一常量的点构成同一级条纹。 故：干涉花样是以S1S2为轴线、S1、S2为焦点的双叶旋转双曲面（见书P16）空间干涉花样；1S2SD2rpoSl1r第28页，共34页。 为便于观察，常用一垂直于对称轴的光屏接收，则光屏上显示的是双叶旋转双曲面与光屏的交线：为一顶点均在直线DD上的 一组双曲线。见图13（b）第29页，共34页。特点：0PyA、顶点（P）位置由干涉公式有PdP0s1r1Nr2r0s2DySr第30页，共34页。0y3、条纹间距yPdP0s1r1Nr2r0s2DySr第31页，共34页。0y条纹角间距PdP0s1r1Nr2r0s2DySr第32页，共34页。用途: 波长表征光波的空间周期性，不易观察，y表示光强分布的周期性，因此，可以通过干涉的方法，将光波的空间周期性转化、放大为条纹间距而直接观测。第33页，共34页。综上所述，干涉条纹具有如下特征： 各级亮条纹强度相等，