光的干涉学时安排6学时教学要求重点难点1了解.DOC

光的干涉 （一） 一、学时安排 ：6学时 二、教学要求 （重点 ，难点） 了解光源发光机理，理解获得相干光的方法。 掌握杨氏双缝实验的光干涉条件，明、暗条纹分布规律的计算。 理解光程概念，掌握其计算方法。 掌握薄膜干涉的形成、干涉条件及其应用。 掌握劈尖干涉和牛顿环的形成、干涉条件及其应用 了解Michelson interferometer 的结构和光路以及用其测量微小长度原理。 教学参考书 1、WAVES . F.S Crawford, Berkeley Physics Course, Vol3. 2 、 University Physics, Part 2. 3 、 杨仲耆《大学物理学》 波动与光学 4、 张三慧《大学物理》 波动与光学 前言 光学是物理学发展较早的一个分支。我国古代关于光现象的文字记载首推“墨经，”其中有“景，光之人，煦若射；下者之人也高，高者之人也下，足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下”总结了光直进的原理。还有其它一些记载，在世界科学史上占有崇高的地位。 除了反射、折射、成像等现象外（表征光的直线传播），关于光的本性和传播问题，也很早就引起人们的注意。在17世纪，关于光的本性问题，有两派不同的学说，一派是Newton’s微粒说，认为光是从发光体发出的且以一定速度向空间传播的一种机械微粒。另一派是Huygens所倡议的光的波动说（认为光是在媒质中传播的机械波）。由于当时科学水平的局限，他们或者把光看作由机械微粒所组成，或者把光看作一种机械波，这两种观点都没有正确地反映光的客观本质。微粒说和波动说当时都能解释光的反射和折射现象，但在解释光线从空气进入水中的折射现象时，微粒说的结论是，波动说的结论是，因为当时人们还不能准确地用实验方法测定光速，所以无法判断这两种学说的优劣。 19世纪初，人们发现光有干涉、衍射和偏振等现象，这些现象是波动的特征，和微粒子说是不相容的。1862年付科（Foucault）又用实验方法测定了水中的速度，证实，这些事实为光的波动说提供了重要的实验证据。 19世纪60年代，Maxwell建立了光的电磁理论，认识到光是一种电磁波，可以在没有机械弹性媒质存在的“真空”中传播。可是从19世纪末到二十世纪初，人们又发现一系列新现象：如光电效应、黑体辐射等，不能用波动理论来解释，必须假定光是具有一定能量和动量的粒子所组成的粒子流，这种粒子称为光子。这样，人们认识到光具有波、粒两重性质。 光学分为几何光学和物理光学。几何光学包括光的直线传播定律、光的独立传播定理律、光的反射和折射定律。物理光学包括波动光学（以光的波动性质为基础，研究光的传播及其规律。即：光的干涉、衍射和偏振。赵教材第12、13、14章）和量子光学（赵教材第15章），量子光学是以光和物质相互作用时显示的粒子性为基础来研究光学。 一、光的单色性和相干性 1、光的相干条件 光是一种波动，而波动是具有叠加性的。光的干涉条件与机械波的干涉条件相同。相干光必须同时满足三个条件：光振动的方向相同、频率相同、位相相同或位相差保持恒定。 2、热光源的发光特点 常用的光源有两类：普通光源和激光。普通光源分热光源和冷光源。各种光源的激发方式不同，辐射机理也不同。普通光源发光实质上是发光体中大量原子（或分子）所辐射的一种电磁波。热光源（如钠光灯、太阳光等）中，大量原子和分子在热能的激发下辐射电磁波。其特点是： （1）各个原子和分子辐射彼此独立，因而光振动的方向、频率和周相各不相同。 （2）每个原子（或分子）辐射是间断的，持续时间为S，且前后两次辐射彼此独立，互不相关。因此光源发出的光是一段段有限长（波列长度约为1米）、振动方向一定、振幅不变或缓慢变化的正弦波组成。 （3）光源中各个分子或原子的激发和辐射参差不齐，从微观上说，一列列光波的发射都是偶然的，彼此间没有联系，在同一时刻，各个分子和原子所发出的光波的频率、振动方向和位移是各不相同的。 3．光的单色性 具有一定频率的光称为单色光。一个分子在某一瞬时发出的光具有一定频率，是单色的，但光源中有大量原子或分子，所发出的光具有不同的频率，由各种频率复合起来的光为复色光。白光就是一种复色光，而可见光的波长范围为4000——7600。 有时单色光中包含波长范围很窄的成分（准单色光），如单色滤光片从白光中得到的单色光，激光的单色性最好， 4、相干光的获得 由热光源的发光特点知：来自两个频率相同的独立光源发出的光波不满足相干条件，即使同一光源的不同部分发出的光也不满足相干条件，那么如何获得相干光呢？ 若用某些方法（如反射、折射等）将同一点光源发出的光分为两个光束，当它们经过不同路径重新相聚时（两者光