第17章光的干涉上.ppt

光的电磁理论 光矢量： 1. 光强 可见光： 波长 频率 光强Ｉ 光是一定波段的电磁波 第17章 光的干涉 1 2. 光谱曲线 图 谱线及其宽度 谱线宽度 3. 光波的描述 理想的单色光场波函数 单色光 准单色光 光谱曲线 （谱线） 波长 强度 普通：0.1~10-3nm 激光：10-9nm 2 P 相干波 频率相同 振动方向相同 有恒定相位差 相位差 合振幅 光的强度或明暗在空间非均匀的稳定分布 --- 光的干涉 3 17.1 相干光 加强 减弱 ( k = 0 1 2……) 相位差: 加强 减弱 ( k = 0 1 2……) 光程差: 设 光程差 4 三、相干光的获得 光源的最基本发光单元是分子、原子 1.普通光源的发光特点 E1 E2 能级跃迁辐射 自发辐射 激光：受激辐射 非相干辐射 频率、相位、振动方向等相同 E1 E2 ? ? ? 相干辐射 一个原子每一次发光只能发出一个波列； 2) 原子的发光是断续的 3) 各原子的各次发光是完全相互独立的 两个普通光源或同一普通光源的不同部分所发出的光是不相干的 波列 5 2.相干光的获得 先分 后合 分波前法 分波面法 分振幅法 薄膜 1 不满足相干条件 满足相干条件 6 17.2 杨氏双缝干涉 1. 杨氏双缝实验 实验装置 分波阵面干涉 7 2. 杨氏干涉条纹 P点光强 S1 和 S2 振动方向相同, 相位相同 频率相同 8 光强极大极小交替出现, 形成明暗相间、等亮度、等间距的条纹. 明纹中心: 暗纹中心: 条纹间距(亮亮或暗暗) 9 讨论: 光强极大极小交替出现, 形成明暗相间、等亮度、等间距的条纹. 明纹中心: 暗纹中心: 条纹间距(亮 亮或暗暗) 10 3. 白光照射，中央亮纹仍是白的，其它为彩色。 一定时，若 变化，则 将怎样变化？ 1） 11 2） 条纹间距 与 的关系如何？ 一定时， 12 透镜不产生附加光程差 一般在透镜前找光程差 f S S1 S2 0 P x d 亮 暗 { { 亮 暗 13 物点到像点各光线之间的光程差为零。 S? a c b · · S a c b F a b c F’ F 3. 菲涅耳双棱镜、双面镜和劳埃镜 图 菲涅耳双面镜 图 劳埃镜 图 菲涅耳双棱镜 暗纹 为什么？ 半波损失！ 14 例、杨氏双缝干涉实验中, 单色光源的波长为? =550nm,图中D=3m, d=S1S2=3.3mm,求： (1)条纹间距; (2)若将一厚度l=0.01mm折射率为n的玻璃片放在缝S2的后面,此时条纹如何移动?写出第k级条纹移动距离?x的表达式. s2 S1 O M N d D x n,l 解: (1) 条纹间距 15 移动距离为: “–”表示向下移动. (2) 条纹由x向下移动至x? 处 . 放玻璃片前, 放玻璃片后, s2 S1 O M N d D x n,l x 16 1.条纹的可见度(衬度) I 0 ?? 2? -2? 4? -4? 4I1 可见度差 (γ 1) 可见度好 (γ = 1) I Imax Imin 0 ?? 2? -2? 4? -4? 决定可见度的因素： 振幅比， 光源的宽度， 光源的单色性 *17.2.3 光源宽度对干涉条纹的影响（光场的空间相干性） 17 设光源宽度为 b ，可以把它视为许多平行于 双缝的细线光源组成。 S1 d /2 S2 R D 光源宽度为 b b/2 L ? ? M N ? 0M 0N 0L I 非相干叠加 光源宽度b 增大， 0N 与 0L 分得更开。 单色光源 2.光源宽度对干涉条纹影响 --- 光场的空间相干性 18 x 合成光强 0L -1N 0M +1L 0N I 总光强应是 非相干叠加。 假设：当 b 增大到b0 时， 0L与-1N相重合，条纹刚好消失。 光源宽度b 增大， 0N与 0L分得更开， 结果： 总光强对比度更差， 条纹可见度更差。 x I 合成光强 0N +1L 0M 0L -1N 19 设光源上边缘处线光源 L产生的中央条纹 0L与下边缘处线光源 N 产生的第一级亮纹 1N 重合。 20 在R , d , ? 确定的情况下，条纹刚消失时有： ， —— b0 称为光源的极限宽度 时，才能观察到干涉条纹。 ? 相干间隔 减小光源的宽度b，则 d0 就大，就可以用更大距离的两缝来获得干涉条纹，称为光场的空间相干性更好。 由 要得