张丹海《简明大学物理》9-3 光的干涉.ppt

* * * * * 六、迈克尔孙干涉仪 S G1--半涂银镜 G2--补偿透镜 M1、 M2反射镜 E--眼及望远镜 M2 G1 G2 E M’1 M1 若入射单色光波长为λ，则每当M2 向前或向后移动λ／2的距离时，就可看到干涉条纹平移过一条.所以计算视场中移过的条纹数目m，就可以算出M2 移动的距离x 由已知长度来测定光波的波长.历史上迈克尔逊曾 用此干涉仪测定红隔线的波长： 用已知波长的光波可以测定长度(即M2 移动的距离)， 测量精度可达十分之一波长的数量级. * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第九章 光学 9-3 光的干涉 下页 上页 帮助 返回 一、光源 光的相干性 1.光是一种电磁波 可见光：波长范围在400～760 nm之间 红外线：波长在760 nm以上到600 μm左右 紫外线：波长在400 nm以下到5 nm左右 光矢量 在光波中，产生感光作用和生理作用的是电场强度，通常把 称为光矢量， 的振动称为光振动. 2.单色光 具有单一频率或波长的光称为单色光. 实际上频率范围较窄的光，就可以近似地认为是单色光.光的频率范围越窄，其单色性越好. 3.复色光 具有各种频率的光称为复色光. 普通发光体包含着大量分子或原子，各个分子或原子的辐射是彼此独立的，其发出的光具有各种频率. 4.普通光源的发光特点 原子能级及发光跃迁 基态 激发态 跃迁 自发辐射 这一跃迁过程所经历的时间很短，约为10-8s。 P 2 1 一个原子每一次发光只能发出一段长度有限、频率一定和振动方向一定的光波，这一段光称为一个波列。 波列 普通光源发光特点： 各原子或分子所发出的光，即使频率相同，但振动方向和相位却是不相同的。 5.相干光的获得 从同一光源上同一点发出的光，通过某种装置分成两束或多束光，使它们沿不同路径传播，然后再让它们相遇，则在相遇区域中就能产生干涉现象. 波面分割法 振幅分割法 这种将一个点光源的波面分割为两束光，以获得相干光的方法称为波面分割法。 * 光源 波面分割法 这种利用界面的反射和折射，将光矢量的振幅分为两部分，以获得相干光的方法称为振幅分割法。 振幅分割法 二、双缝干涉 p 实 验 装 置 1802年，英国科学家托马斯·杨(Thomas Young) 波程差： 干涉加强 明纹 干涉减弱 暗纹 实验中 干涉减弱 暗纹 干涉加强 明纹 屏幕上出现明条纹中心的位置为： 对于O点 称为中央零级明条纹 其余与k=1,2,…对应的明条纹分别称为第一级、第二级、……，明条纹. 相邻两明条纹中心间的距离称为条纹间距： 讨论 2 条纹间距 与 的关系; 一定时， 1 条纹间距 与 的关系; 一定时， 3 条纹间距 与 的关系; 一定时， 结论 干涉明暗条纹是等距离分布的，要使 能够用人眼分 辨，必须使D足够大，d足够小，否则干涉条纹密集， 以致无法分辨. 当单色光入射时，若已知d和D值，可通过实验测出条 纹间距 ，再根据 可计算出单色光 的波长。 当采用白光照射时，只有中央明纹是白色的(当x = 0，对任一波长的光均是明条纹中心)，其余各级明条纹呈现由紫到红的彩色条纹。 例9-1 在双缝干涉实验中，入射光的波长λ=546nm，两狭缝的间距d=1mm，屏与狭缝的距离D=40 cm.求： (1)第10级明条纹的位置；(2)相邻两明条纹的距离； (3)中央明纹上方第10级明条纹与下方第2级暗条纹的距离. 解: 将已知条件的单位统一 (1) 第10级明条纹在屏上位置 式中的正、负号表示第10级明条纹分别在中央明纹的两侧. (2) 相邻两明条纹的距离 (3) 中央明条纹上方第10级明条纹与下方第2级暗条纹的距离 三、光程和光程差 由于波传播一个波长的距离，相变化2π，若光在介质中传播的几何路程为r,则相应的相变化为： 光在介质中的波长 光在真空中的波长 当光在介质中传播时，把折射率n和几何路程r的乘积称为光程。 物理意义：把单色光在介质传播的路程，折合成该单色光在真空中传播的路程。 1.光程 2.光程差 相差为： 光程差为： 3.光程差与相差的关系 4.两束相干光干涉加强、减弱的条件 干涉减弱 暗纹 干涉加强 明纹 干涉减弱 暗纹 干涉加强 明纹 5.透镜不引起附加光程差 A B A B