大学物理 光的干涉.ppt

《大学物理 光的干涉.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三篇波动光学(WaveOptics)第三篇波动光学概述：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）英国人杨（T.uoung)和法国人菲涅尔(A.T.Fresnel)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）光的电磁说（19世纪的后半期---）19世纪

2、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。性质：电磁波在电磁以太中传播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“热幅射量子理论”爱因斯坦提出了光子理论，将光看成一束粒子流。与电磁波动说相抗衡。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，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

3、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。但从20世纪50年代起光学的发展仍是“方兴未艾，前途无限”--富里叶光学更新经典光学。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。§10－1杨氏双缝干涉实验1、实验装置及现象单缝双缝屏若为白色光入射第10章光

4、的干涉2、定量分析(1)条纹分布情况：XI剖面图r1r2DRSdoBAP求屏上任一点P的振动：如图，设光源S到的距离相等，则任一时刻光波在处振动周相相同，是一对相干光源。P点距的距离分别为，则到达P点的光程差为：若若根据干涉相长条件知，P点处是明条纹P点处是暗条纹显然中央O点是明纹（2）条纹位置：A、B分别为缝在屏上投影点，三角形有如下关系：XI剖面图r1r2DRSdoBAP两式相减得：即当即时，为亮纹当即时，为暗纹（3）条纹间距：相邻亮纹或暗纹中心的间距为：同一干涉图样中，干涉条纹等间距。注：在干涉

5、实验中，不仅关心干涉条纹的静态分布，还要关心条纹的移动和变化。导致条纹变动的因素有（1）光源的移动（2）装置结构的变动（3）光路中介质的变化例10－1在杨氏双缝实验中，用白光（波长范围400~760nm）垂直入射双缝，两缝间距为0.2mm，观察屏与缝之间的距离为D=1.5m求：（1）第k级光谱宽度（2）第一级光谱的宽度为多少？（3）第一级光谱与第二级光谱是否会重叠？的计算公式；解（1）对波长为的单色光，其第k级明纹位置在白光中，所以，白光的第k级光谱宽度为（2）（3），说明第一级和第二级光谱不会发生

6、重叠。S2S1菲涅尔双面镜SM1M2rL可以证明：M1M2为夹角为平面反射镜§10－3分波振面干涉法其他实验S2SS1菲涅耳双棱镜P’P’’S1S2EF平面反射镜洛埃镜实验S1S2ABEF平面反射镜此处总为暗纹，说明光也产生半波损失！（明纹）（暗纹）一、光源冷光源：A）普通光源电致发光--电场激发；光致发光--由X射线、放射线、、可见光激发；热光源--由热能激发B）激光光源由受激幅射产生的光化学发光--由化学能激发（萤火虫）§10－4普通光源及其相干性相干光的获得二、普通光源发光的机理1）光波是同

7、时刻大量原子、分子发光的总和。每个原子发光是独立的，与其它原子发光无关，不同原子发光没有固定的相差。2）每个原子发光是短暂的（10-9s）波列，两次发光之间没有固定的相位差。tS3）两独立光源S1,S2发光不产生干涉现象（可以同频率，同振向）S1S243214’3’2’1’P设S1P=S2P两波源在P点相差由于相应波列1、1’，2、2’,3、3’，4、4’的相差不能保持恒定，使得P点的光强瞬时万变，因而看不到干涉现象，只有平均光强，I=I1+I2设S1P=S2P两波源在P点相差S1S243214’3’

8、2’1’P一、光波光以波动形式传播，是电磁波可见光波长--1)人眼对于颜色的感觉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光波场中的电场。二、光波传播的独立性和叠加性独立性：光波相遇叠加后，仍按原来特性传播。叠加性：相遇区域各点光振动是光振动的合成。叠加性以独立性为前提光波相干光相干光：能够产生干涉现象的光。满足相干条件：频率相同、振动方向相同、相位差恒定三、光的非相干叠加和相干叠加设两个同频率单色光波传播到空间某点的光矢量为：则合成振动