大学物理【第五版下册】第十一章光学.ppt

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1、光学光学第十一章相干光11-1光波光波光矢量光振幅光波是电磁波同一媒质中的相对光强光是一种电磁波平面电磁波方程可见光的范围光矢量用矢量表示光矢量,它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用.可见光760390630600570500450430真空中波长(nm)频率(10Hz)7.503.955.004.765.266.006.676.98可见光波段光色波长(nm)频率(Hz)中心波长(nm)红760~622660橙622~597610黄597~570570绿570~492540青492~47048

2、0兰470~455460紫455~390430可见光七彩颜色的波长和频率范围称为光矢量常用单色光源632.8656.3486.1589.3546.1氦-氖激光器钠灯汞灯氢灯常用单色光源及波长(nm)光干涉的必要条件频率相同振动方向相同相位差恒定原子自发辐射的间断性和相位随机性,不利于干涉条件的实现.光干涉的必要条件相干光相干光来自的光为相干光(满足光干涉条件)来自的光为非相干光(不满足光干涉条件)无干涉现象有干涉现象相干光与非相干光1.频率相同；2.振动方向一致；3.有恒定的相位差；4.光程差不

3、太大；5.光强差不太大。一、产生相干光的条件两束光低能级E1二、原子发光机制当原子吸收外界能量后，由低能级跃迁到高能级，但在高能级不稳定，又会从高能级跳回低能级。高能级E2光子能级跃迁辐射2.各原子发光是随机的，无固定相位差。1.原子发光的时间很短，只有10-8秒。注意两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象，即使是同一个单色光源的两部分发出的光，也不能产生干涉。无干涉现象1.普通光源：自发辐射独立(不同原子发的光)··独立(同一原子先后发的光)普通光源是观察不到干涉现象的。三、相干长度要使两束光产

4、生干涉，两束光的最大光程差。可发生干涉不能发生干涉普通光源的相干长度较小，只有几毫米到十几个厘米，而激光的相干长度从十几米到几十公里，且激光的相干性很好。四.干涉加强减弱条件两束单色光相干时，光程差满足：当光程差满足波长的整数倍时，两束光干涉加强；当光程差满足半波长的奇数倍时，两束光干涉减弱。双缝干涉光强分布合光强干涉项若其中则分波面与分振幅分振幅法薄膜单色点光源分波面法获得相干光的两类典型方法产生相干光的方法1.分波面法2.分振幅法在同一波面上两固定点光源，发出的光产生干涉的方法为分波面法。如

5、杨氏双缝干涉实验。一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两束光线产生干涉的方法为分振幅法。如薄膜干涉、等厚干涉等。光在不同媒质中传播的特点传播速度(m/s)折射率n波长频率真空C=3×10n=1λ=CTν媒质V=C/nn≥1λ=VT=CT/nν8光程媒质真空光程光程差与相位差相当于在真空中走多少路程？光程可见两束光是加强或减弱不一定由几何路程差决定.处理方法是把光在介质中的波长折合成它在真空中的波长作为测量距离的标尺,并进一步把光在介质中传播的距离折合成光在真空中传播的距离.例:光在介质中传播

6、了长度为L的几何路程,则光程△为多少?光程为光在媒质中传播的波程与媒质折射率的乘积。2.光程差光程差为两束光的光程之差。如果光线穿过多种媒质时，其光程为：r1n1r2n2rinirnnn光程差与相位差的关系为：光程差与相位差的关系光程差每变化一个波长，相位差变化光程差为，相位差为；则相位差为：结论:(1)在真空中:几何路程=光程△(2)在介质中:几何路程<光程△光程差与相位差光程单色点光源光程差相位差透镜无附加光程差平面波球面波会聚球面波发散会聚球面波理想透镜不产生附加光程差即各路等光程即各路等

7、光程续上未插入媒质时，三路光线的光程相等插入后，经的一路光与其它两路光之间的光程差均为相位差为分波面与分振幅分振幅法薄膜单色点光源分波面法获得相干光的两类典型方法第二节杨氏双缝干涉11-2杨氏在1801年首先用实验的方法研究了光的干涉现象，为光的波动理论确定了实验基础。杨氏双缝干涉两列相干柱面波的干涉一、杨氏双缝干涉实验条纹间距关系式d'd'条纹间距d'd'd'干涉条纹间距与的关系讨论IO1.明纹位置k=0时：0明纹零级明纹位于屏幕中央，只有一条。k=1时：1级明纹有两条，对称分布在屏幕中央两侧

8、。其它各级明纹都有两条，且对称分布。12341234IO0明纹暗纹002.暗纹位置k=0时：零级暗纹有两条，对称分布在屏幕中央两侧。IO012341234明纹k=1时：1级暗纹有两条，对称分布在屏幕中央两侧。其它各级暗纹都有两条，且对称分布。12341234暗纹00IO012341234明纹3.条纹间距a.相邻明纹间距：b.相邻暗纹间距：可以看出相邻明纹与相邻暗纹的间距都相同，所以条纹明暗相间平行等距。讨论条纹间距明暗条纹的位置白光照射时，出现彩色条纹暗纹明纹1）条纹间距与的关系;若变化，则将怎