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11.3.1 杨氏双缝干涉 一、杨氏双缝实验 杨（T.Young）在1801年首先用实验方法研究光的干涉 11.3.1 杨氏双缝干涉 光程差为 由几何关系有 因为D d，所以当x D 时, 则: 设入射光波长为 两式相减得: 这个结论很重要！ 为干涉条纹的级次，正负号表示各级干涉条纹对称分布在中央明纹（ ）的两侧． 相邻两明纹（或暗纹）中心间的距离: 干涉条纹各级中心位置可表示为 相邻两明纹（或暗纹）中心间的距离: 双缝间距越小，条纹越宽 条纹变化 问：原来的零级条纹移至何处？若移至原来的第 k 级明条纹处，其厚度 h 为多少？ 例：已知：S2 缝上覆盖 的介质厚度为 h ，折射率为 n ，设入射光的波长为?. 解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差 当光程差为零时，对应 零条纹的位置应满足： 所以零级明条纹下移 原来 k 级明条纹位置满足： 设有介质时零级明条纹移到原来第 k 级处，它必须同时满足： 作业：P285 11－9，11－11，11－12 杨氏实验的不足在于它存在边缘效应;菲涅耳双镜和劳埃德镜正好克服了它的不足. 洛埃镜实验 11.3.2 洛埃镜实验 光程差为 因为从 发出的光线都有半波损失,所以 必须加 的附加光程差. 平面反射镜与光屏 的交线理论上应是暗条纹,实验的确如此.所以说,洛埃镜实验验证了半波损失理论. 若 n1 n2 ，介质1 光疏介质 光在垂直入射（i =0?）或者掠入射（i =90°）的情况下，如果光是从光疏介质传向光密介质，在其分界面上反射时将发生半波损失。 折射波无半波损失。 半波损失 介质2 光密介质 例1 在杨氏双缝装置中，若在下缝后放一折射率为n，厚为L的透明媒质薄片，如图所示． （1）求两相干光到达屏上任一点P的光程差； （2）分析加媒质片前后干涉条纹的变化情况． D 0 x P 解： （1）加媒质片后两光束到达P点的光程差 （2）考虑第级明纹的位置．由明纹条件 将 代入上式，可求得加媒质片后第 级明纹的位置 为 未加媒质片时 11.3.3 光的空间相干性和时间相干性 1．空间相干性 具有一定宽度的面光源S 可以看成是由无数条线光源组成的，每一条线光源各自在屏幕上形成自己的一套干涉条纹．由于各线光源的位置不同，它们在屏幕上的干涉条纹之间有一定的相对位移．光源宽度越大，同级条纹在空间的分布范围越大．当各套条纹的最大位移等于或大于条纹间距时，干涉条纹消失. 这种与扩展光源宽度有关的干涉性称为光的空间相干性. 2．时间相干性 因为光源总有一定的谱线宽度 ，由于 范围内的每一个波长的光都会形成各自的一套干涉条纹，且除零级以外各套条纹间都有一定的位移，所以它们非相干叠加的结果会使总的干涉条纹的清晰度下降．当 时,总的干涉条纹消失 实现相干的最大光程差 相干光必须来自同一个原子同一次发射的波列，而这种波列的长度（光程）为 为波列持续的时间, 是两相干波的最大光程差．显然，波列的长度越长，则这两个波列在相遇点相互叠加的时间就越长，干涉现象越明显．这个性质称为时间相干性 可见，光源的单色性越好，光源的谱线宽度 就越小，波列的长度就越长． 显然有： * * 想到了光强？是的 波动光学 光的本性、光源 光的相干性 光程和光程差 分波阵面干涉 薄膜干涉 光的衍射 光栅衍射 圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨本领 光的偏振现象 11.1.3 光源 11.1.2 光的电磁波性质 11.1.1 光学发展简史 11.1 光的本性、光源 11.1.1 光学发展简史 十七世纪以前 几何光学 十七世纪后半叶 微粒说(牛顿) 波动说(惠更斯) 1865年麦克斯韦指出光是一种电磁波 1905年爱因斯坦提出了光量子理论 光既具有波动性，又具有粒子性 机械波 菲涅耳/笛卡尔 ——反射折射定理 费马原理 ——光程极值原理 光在水中 的速度？ 4000? 紫 7600? 红 11.1.2 光的电磁波性质 设沿x轴正向传播的单色平行光的波方程为 则坡印亭矢量的大小为 则光强 坡印亭矢量 因为一般情况讨论的只是光强的相对大小 光在真空中的传播速率 光在媒质中传播速率 = 该媒质的折射率 = 真空介电常数 真空磁导率 介电常数 磁导率 相对介电常数相对磁导率 11.1.3