最新大学物理：第13章光的干涉课件PPT.ppt

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1、大学物理：第13章光的干涉光学是研究光的传播以及它和物质相互作用问题的学科。光学通常分为以下三个部分：▲几何光学：以光的直线传播规律为基础，主要研究各种成象光学仪器的理论。▲波动光学：研究光的电磁性质和传播规律，特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用。▲量子光学：以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用的规律。2第13章(Interferenceoflight）光的干涉32.激光光源：受激辐射=(E2-E1)/hE1完全一样E21.普通光源：自发辐射··独立（同一原子先后发的光）独立（不同原

2、子发的光）（传播方向，频率，相位，振动方向）7三.光的干涉相干条件则在空间相遇区域就会形成稳定的明、暗相间的条纹分布，这种现象称为光的干涉。由波动理论知,光矢量平行、频率相同、振幅为E1和E2的两列光波在某处叠加后,合振动的振幅为两束光:(1)频率相同；(2)光振动方向相同；(3)相差恒定；其中8光强正比于光矢量振幅平方1.非相干叠加对普通光源来说，由于原子发光是间歇的、随机的、独立的，在观察时间t内，相位差不能保持恒定,变化次数极多,可取0~2π间的一切可能值,且机会均等，因此9非相干叠加时的光

3、强为I=I1+I2(且各处光强均匀分布)2.相干叠加即合成光强在空间形成强弱相间的稳定分布。这是相干叠加的重要特征。如果在观察时间t内，相位差保持恒定,则合成光强为10=±2k,Imax=4I1,明纹(加强)=±(2k+1),Imin=0,暗纹(减弱)明纹暗纹=(r2-r1)=对初相相同的两相干光源,有如果I1=I2:光程差当11普通光源获得相干光的途径PS*分波面法：分振幅法：·P薄膜S*在P点处相干叠加将一个光源的微小部分(视为点光源或线光源)发出的光设法分成两束再使其相聚。12时间相干

4、性*由于原子发光的间歇性和随机性，不同原子发出的光是不相干的，同一个原子不同时刻发出的光也是不相干的。要得到相干光，只有将一个原子一次发出的光(一个波列)分为两束再使其相聚。显然，要产生相干，两束光的光程差就必须小于一个波列长度，即相干长度。时间相干性的好坏，就是用相干长度或者相干时间（波列延续时间）的长短来衡量。波列长x=ct13根据光学理论，对于单色光而言，其相干长度满足：<其中称为谱线宽度。普通单色光的大约在10-2Å~1Å之间，相干长度在mm量级。He–Ne激光：=6328Å，

5、=10-7Å相干长度：x=40km可见，激光的相干性很好。14光经过不同介质时，波长要发生变化。同样的距离，引起的相位差并不相同。为研究的方便起见,引入光程的概念。真空中光的频率v由光源确定。光速由介质确定。真空中，光速:c=v介质中，光速:=v∵n=c/∴=/n§13.2光程和光程差介质中151.光程设经时间t，光在折射率为n的介质中通过的几何路程为r，则nr称为光程。显然，光程nr=nt=ct。也就是说，光在介质中传播路程r和在真空中传播路程nr引起的相位差相同。光程的物理

6、意义:光程等于在相同的时间内光在真空中通过的路程。n=c/=/n162.光程差—两束光光程之差==s2s1r2r1pn1n2s2S1p=r1s1pe1e2n1n2S2p=r2n1r1-n2r2(r1-e1+n1e1)-(r2-e2+n2e2)17s2s1r2r1pn1n2设相干光源s1和s2的初相相同，到达p点时的相差：=±2k,明纹(加强)=±(2k+1),暗纹(减弱)即明纹暗纹=真空中的波长光程差3.两束光干涉的强弱取决于光程差，而不是几何路程之差184.薄透镜不会产生附加光程差

7、物点到象点（亮点）各Sacb··SFacb·ABCFacb·ABCF在干涉和衍射装置中经常要用到透镜，注意：光线经过透镜后并不附加光程差。焦点F、F都是亮点，说明各光线在此同相叠加。而A、B、C或a、b、c都在同相面上。光线之间的光程差为零。BF，CF说明AF，各光线等光程。BF，CF或AF，19真空，s在s1s2的中垂线上(光源s1和s2的初相相同)，于是=r2-r1=明纹暗纹s2s1poDds*r2r1K=0K=1K=1K=2K=2§13.3双缝干涉与*空间相干性一.杨氏

8、双缝干涉实验20r12=D2+(x-d/2)2,r22=D2+(x+d/2)2考虑到D>>d,r1+r22D,于是s*s2s1poDdr2r1xxK=0K=-1K=1K=2K=-2明纹暗纹21k=0,1,2,…分别称为第一级、第二级暗纹等等。k为干涉条纹的级次。明纹坐标为k=0,1,2,…依次称为零级、第一级、第二级明纹等等。零级亮纹(中央亮纹)在x=0处。暗纹，k=0,1,2,…...明纹，k=0,1,2,…...明纹暗纹22条纹特征：(1)干涉条纹