光源、相干光及杨氏干涉光源、相干光及杨氏干涉.ppt

§21.3 杨氏干涉（Young’s Interference） 一、杨氏双缝干涉 1、实验装置及现象 单 缝 双 缝 屏 若为白色光入射 X I 剖面图 r1 r2 双 缝 单 缝 屏 2、定量分析 S1 S2 d D 若：n≠1 X O P 2、定量分析 C 作辅助线S1C?r2 由光的干涉条件 明纹 暗纹 * 波动光学 (Wave Optics) 概述：人们对光的认识经历了一个否定之否定 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） 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“热辐射实验”及“光电效应”等 实验遇到困难。 1900年普朗克提出了“热辐射量子理论”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。二者各自统治着自己的领域。 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”—付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。 一、光矢量、光强度 可见光波长： §21.1 光源、光波的叠加 （Light Source、 Superposition of Light） 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。 Z X Y 定义：光矢量 ：光振动中的电矢量 光振动：电矢量周期性的变化。 3）人眼及物理仪器检测光的强度是由光的能流 密度决定的。 定义：光强度 二、光源、热光源发光的特点 1、光源：发光的物体 2、分类： A）普通光源 --由自发辐射发出的光。 E2 E1 E3 L1 L2 ?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； 化学发光--由化学能激发（萤火虫） ?热光源--由热能激发 B）激光光源 激光器 Laser 由受激辐射产生的光 E2 E1 3、普通光源发光的特点 ?在同一时间有大批原子发光；（不是全部） ?就单个原子而言，每个原子都是断断续续发 光，每次发光时间极短（~10-8s）且一次只能 发出一个有限长具有偏振性的的波列。 ?同一原子先后发出的光及同一瞬间不同原子 发出的光的频率、振动方向、初相位、发光 的时间均是随机的。 E t t 结论：一般而言热光源及普通光源发出的光为非 相干光。且同一光源上不同点发出的光也 是非相干光。若要产生干涉须将非相干光 变为相干光。激光光源为相干光源。 将非相干光变为相干光的原则是： “同出一源，分之为二” 三、光波的叠加 讨论同方向、同频率的光的叠加 S1 S2 P 设： P点的光强度： P点的合振幅 S1 S2 P P点的光强度： P点的合振幅 因原子每次发光时间只有10-8秒，每对光波列叠 加的时间极短，而人眼的“响应时间” 人只能观察到其光强度的平均值 I。 S1 S2 P P点的光强度： 人只能观察到其光强度的平均值 I。 1、非相干叠加 不能保持恒定的光波的叠加 非相干叠加时的光强度等于叠加的两光波的强度 之和。 2、相干叠加 保持恒定的光波的叠加 2、相干叠加 保持恒定的光