第12章-波动光学5.18概述.ppt

第十二章 波动光学 ▲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。 §12-1 光的本性 光的相干性 2 激光光源：受激辐射 受激辐射的过程大致如下：原子开始处于高能级E2，当一个外来光子所带的能量 正好为某一对能级之差E2-E1，则这原子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1跃迁。 4.明纹中心(屏上加强点) （6）杨氏实验的光强分布 （2）相邻的明纹间距 §12-3 薄膜干涉 §12-4 光的衍射 (3) 明纹宽度 (4)缝宽变化对条纹的影响 多光束干涉 故：P点为同频率，同振幅，相位差依次为 的谐振动的叠加。 衍射光谱 问题：为何暗区很宽，亮纹很窄？ 主极大 极小值 K’ 1 N ( ) 个极小 1 N ( ) 个极小 k = 1 k = 2 一级极大 二级极大 在 k = 1 k = 2 , 两级极大值之间，布满了 1 N ( ) 条暗纹，所以暗区很宽。 缝数N 越多，暗区越宽，亮纹越窄。 1 = 1， 2， 3， ... N ( ) 1 N ( ) + N 1 N ( ) 2 N ( ) + , , , , , N ... , , 2 2 1 N ( ) + 2 , ... 0 1 条 缝 20 条 缝 3 条 缝 5 条 缝 亮纹的光强 ：单缝光强） （　：狭缝数， 0级 1级 2级 -2级 -1级 (白) 3级 -3级 白光的光栅光谱 由光栅公式 除k = 0 外,其它级次条纹位置 θ ? ? 若用白光照射光栅,中央仍为白光,其它各级则按波长顺序排开,成为光谱.不同级次谱线有可能重合. 例 波长 600（nm）的单色光垂直入射在一光栅上，相邻的两条明条纹分别出现在 sin? =0.20 与 sin ? =0.30 处,第四级缺级。求：（1）光栅上相邻两缝的间距有多大？ （2）光栅上狭缝的最小宽度有多大？ （3）按上述选定的 b’、b 值，举出光屏上实际呈现的全部级数。 解：（1）由光栅衍射明条纹公式 得 代入 得 （2） 因为求狭缝的最小宽度，所以，上式中，当 故： （3）因为 所以缺级 实际屏幕上呈现的全部级数为 光的衍射现象 菲涅尔衍射 夫琅和费衍射 光栅衍射 惠-菲原理 单缝衍射 明纹角宽度 暗纹 明纹 中央明纹 明纹位置 mk k = 缺级 b θ 1′ 2 B A 半波带 半波带 1 2′ λ/2 相邻半波带上对应点发出的光线到达P点的光程差为λ/2，两个“半波带”上发的光在P处干涉相消形成暗纹. c 半波带 半波带 1 2 1′ 2′ 考虑：当光程差 ? = bsin? = 2×?/2 时, 如图所示，可将缝分成了两个“半波带”（偶数个半波带）： b λ/2 θ B A b λ/2 B A θ 当?再? ，? = bsin? =3?/2时，可将缝分成三个“半波带”， 其中两个相邻的半波带发的光在 P 点处干涉相消， 剩一个“半波带”发的光在 P 点处合成，P点 处即为 中央亮纹旁边的那条亮纹的中心。 当 ? = 2? 时，可将缝分成四个“半波带”， 它们发的光在 P 处两两相消，又形成暗纹…… b λ/2 B A θ ——暗纹 ——明纹(中心) ——中央明纹(中心) 一般情况 注:上述式子与杨氏双缝干涉的条件在形式上正好相反，切勿混淆。 一般，对任意衍射角来说，不能恰巧分成整数个波带。 此时，衍射角束经透镜聚焦后形成屏幕上亮度介于最明和 最暗之间的中间区域。 1、N 由 b、?、? 确定。 2、N不一定是整数。 半波带数 N 半波带数不是整数时，明暗程度介于明纹与暗纹之间。 0.047 0.017 1 I / I0 相对光强曲线 0.047 0.017 ? /b -(? /b) 2(? /b) -2(? /b) 0 sin? 明纹及暗纹中心分布 结论： ①“半波带”是单缝被分成的窄条，单缝包含半波带。 ②单缝被分成半波带的数目取决于衍射角?。 同一单缝，对不同的衍射角，单缝被分成的半波带数目不同。 ③ 相邻两个半波带对应点在屏上 P 点的位相差为 ?，光程差为 ? /2，它们叠加时，产生相消干涉。 单缝衍射是明暗相间的条纹. 在中央明纹两侧,对称分布其它各级(k)明纹,其亮度随(k)增大而下降. （1）明暗条纹的位置 条纹距 O 的距离： * S f f ? b ? ? · p A B 0 δ x xk 把明（暗）条纹条件代入上式，明（暗）纹中心的位置： 明纹中心的位置： 暗纹中心的位置： 讨论： (2)明纹角宽度：相邻暗纹对透镜中心所张开的角度 在? 角很小时， 由暗条纹条件