04双缝、光程.ppt

关于光的本性的认识 3. 相干光的获得 §3 杨氏双缝干涉 半波损失 光程的意义： 例题 在双缝实验中，入射光的波长为550nm，用一厚 光的干涉问题 分析的要点: * 波动光学 张三慧教材： 19.1、19.2、19.3 毛骏健教材： 12-1、12-2 第11章不要求 光的干涉、扬氏双缝、光程 可见光的波长范围： 400 nm～ 760 nm 电磁波谱 光学研究光的传播以及它和物质相互作用。 通常分为以下三个部分： 几何光学： 以光的直线传播规律为基础， 波动光学： 研究光的电磁性质和传播规律， 量子光学： 以光的量子理论为基础， 主要研究各种成象光学仪器的理论。 特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用。 研究光与物质相互作用的规律。 波动光学和量子光学，统称为物理光学。 20世纪60年代激光问世后，光学有了 飞速的发展，形成了非线性光学等现代光学。 光是横波还是纵波？气体中只能传播机械纵波。 20世纪初，光电效应、康普顿效应的发现—— 光具有粒子性——光具有波粒二象性。 1865年麦克斯韦建立了光的电磁理论——光是电磁波。 1808年马吕斯发现光的偏振现象——光是横波。 光在空气中的光速与在介质中的光速哪个大？ 1862年傅科测出水中光速。 §1 光源发光机理 一、光源（light source） 光源发光，是大量原子、分子的微观过程。 ? = (E2-E1)/h E1 E2 能级跃迁辐射 波列 波列长 L = ? c ? ? 能级、跃迁、辐射、波列 持续时间?～10－8s 2、激光光源：受激辐射 ? = (E2-E1) / h E1 ? ? ? 完全一样 ? ? E2 1、普通光源：自发辐射 · · 独立（同一原子先后发的光） 独立（不同原子发的光） （传播方向， 频率， 位相， 振动方向） 1、两列光波的叠加 ?1 ?2 ? E0 E10 E20 干涉项 （ ，只讨论 ） ：光矢量 光强分布： §2 光的相干性 同振动方向，同频率，则： 自发跃迁，初相随机，且： 非相干光： I =I1+I2 —非相干叠加 完全相干光： 相长干涉（明） （k = 0,1,2…） 相消干涉（暗） (k = 0,1,2…) (2)频率相同 (3)有恒定的位相差 (1)振动方向相同 要产生干涉现象，在波的叠加区中 任一定点都应满足相干条件。 满足相干条件的光源就称为相干光源。 下面是光的干涉现象的几张照片。 2. 相干条件： “当两列(或几列)满足一定条件的光波在某区域同时传播时,空间某些点的光振动 始终加强；某些点的光振动 始终减弱，在空间形成稳定的光强分布图样”，称为光的干涉现象。 光的干涉现象 1.分波面法 2.分振幅法 在同一波面上取两个点，使子波经过不同的路径后再相遇产生干涉的方法为分波面法。如杨氏双缝干涉实验。 一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两束光线产生干涉的方法为分振幅法。如薄膜、劈尖、牛顿环等。 原理：使同一个点光源发出的光分成两个或两个以上的相干光束使它们各经过不同的路径后再相遇以产生干涉。 p S * 分波面法 分振幅法 · p 薄膜 S * s s1 s2 细线光源 单色 ? 20- ? 10=0 明暗条纹取决于波程差 教材用a 波程差： 相位差： 一、双缝干涉 明纹： 暗纹： 条纹间距： x0 x I ? x r1 ? ? r2 ? x d x D 0 P · （1）一系列平行的明暗相间的条纹； （3）中间级次低，两边级次高 （4） 二、双缝干涉条纹的特点 （2）? 不太大时条纹等间距； 白光入射时，0级明纹中心为白色 其余级明纹构成彩带， 第2级开始出现重叠 当D、 λ一定时，Δx与d成反比，d越小，条纹分辨越清。 ? Δx与λ成正比，同一级条纹紫λ 1在内红λ2在外；不重叠的称为完整的光谱。 满足(k+1)Dλ 1/d≥kDλ2/d ? λ 1与 λ2为整数比时，某些级次的条纹发生重叠。 k1 λ 1=k2 λ2 三 、双缝干涉光强公式 设 I1 = I2 = I0，则光强为 光强曲线 k 0 1 2 -1 -2 I 0 ?? 2? -2? 4? -4? 4I0 sin? 0 ? /d -? /d -2? /d 2? /d x 0 x1 x2 例题：用λ1＝450nm和λ2＝600nm的两种光正入射于双缝，若D、d已知，求屏上这两种光明纹第二次重叠的位置。（不含中央明纹） 解：设重叠处λ1为第k1级，λ2为第k2级，则有： S S1 S2 双棱镜