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第十二章光的波动.ppt
* 一、相干 光源 第一节 光的干涉 理论和实验都已证明,光是一种电磁波。在第三章中关于波动的一般概念对光波同样成立。例如:两列波相遇,若产生干涉,必须满足相干条件:(1)振动频率相同;(2)振动方向相同;(3)具有恒定的相位差。相应的波源称为相干波源。因此,要产生光的干涉也必须有相干光源。 要获得相干光源,可以利用一定的光学系统将同一列光波分解为两部分,让它们通过不同的路径后又重新相遇,实现同一波列自身干涉的目的。 第十二章 光的波动性 获得相干光源方法: 分波阵面 法 具有确定相差的波阵面上的两个次级子光源是相干的 分振幅干涉法 1 现象 二、杨氏双缝实验 (12-1) (12-2) 干涉加强 (12-3) 干涉减弱 干涉加强 干涉减弱 (12-5) (12-4) (12-6) (1)若单色光的波长一定,双缝间距增大或缝与屏的距离变小,则干涉条纹间距变小,即条纹变密。为了使条纹间距足够大,以便可以用眼睛分辨清楚,必须使足够小、足够大。 (2)若和一定,则光的波长与条纹间距有关。若用白光作光源,则只有中央亮条纹是白色的,其它各级亮条纹都是由紫到红的彩色条纹,且紫色条纹靠近中央条纹一边。 (3)若已知和,即可由级条纹对应的,计算出单色光的波长。这是历史上第一种测定光波波长的方法。 例题12-1 在杨氏双缝实验中,入射光的波长为546nm,双缝距离1mm,光屏距双缝40cm。求(1)第十级明条纹的位置;(2)相邻两条纹间的距离;(3)中央两条纹上方第十级条纹与下方第二级暗条纹间的距离。 解(1) (2) (3) 三、光程与光程差 Optical path 1. 光程 当某种光波穿过不同的介质时,其频率不变,但由于在不同介质中的光速不同,因此同一光波在不同介质中有不同的波长。根据波速、波长和频率三者之间的关系,光波在介质中的波长可表示为 (12-8) 是真空中的波长 波长为 的光在真空中传播了S的路程,其相位变化为 如果同样的光在折射率为n的介质中传播了L的路程,其相位的变化正好也为 (12-9) 则 即光在多种介质中传播时,总光程 等于光经过的介质折射率 与相应路程 的乘积之和,它是相同时间内光在真空中所通过的路程 。 光波在不同介质中的频率相同,可以证明光在折射率为n的介质中传播的路程L与在真空中传播的路程S nL 所用的时间是相等。 我们把光传播路程与所在介质折射率的乘积,定义为光程,并表示为 因为光经过相同的光程所需要的时间是相等的,故可证明,物点与像点之间各光线的光程都相等,这就是物像之间的等光程性。所以在使用透镜或其他的光学仪器成像时,不会引起光程附加变化 2.光程差: 光强极大 光强极小 第三章我们曾讨论过,两列相干波源在空间任意点处所引起的两个分振动的相位差为 这两列波之间的光程差 (12-12) (12-13) 例题12-2 杨氏双缝实验中,d 0.45mm, D 1.0m, 用n 1.5, h 9.0um的薄玻璃盖窄缝S2,接受屏上干涉条纹将发生什么变化? 中央亮条纹应满足 明条纹变为4级 ,即k 4 例题 杨氏双缝实验,? 500nm ,在一光路中插入玻璃片(n 1.5)后O点变为4级明纹中心。 求:玻璃片厚度h。 解:光程差改变 O 明条纹 四、薄膜干涉 Interference in thin coatings 垂直入射: 光从光疏进入光蜜介质, 出现 相位突变—半波损失 图12-3 等倾干涉 (12-14) (12-15) 明 暗 例题12-3 玻璃 n1 1.5, 镀MgF2 n2 1.38,放在 空气中,白光垂直射到膜的表面,欲使反射光中,对人眼和照相机底片最敏感的黄绿光(? 550nm)的成分相消(反射最小,增大透射光强) 求:膜的最小厚度。 反射光相消 增透 思考:若 n2 n3 会得到什么结果?为什么望远镜的镜片有的发红,有的发蓝? 效果最好—— 则两光的半波损失互相抵消 解: 2.等厚干涉 如果透明薄膜的厚度不均匀,同时光源离开薄膜较远,观察干涉条纹的范围又较小,从而入射角可认为不变,则由式(12-14)所表示的上下两表面的反射光的光程差只决定于薄膜的厚度。所以薄膜上厚度相同的地方两表面的反射光在相遇点处的光程差相同,必定处于同一条干涉条纹上。或者说,处于同一条干涉条纹上的各个光点,是由薄膜上厚度相同的地方的入射光所形成的,故称这种干涉为等厚干涉。劈形膜干涉、牛顿环干涉为典型的等厚干涉现象。 是变化的,即为等厚干涉 光源 光源 衍射屏 观察屏 衍射屏与光源、接受屏的距离有限远—菲涅耳衍射; 衍射屏与光源、接受屏的距离无限远—夫琅禾费衍射。 (入射光和衍射光都是平行光) 第二
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