大学物理光的干涉(一).ppt

1. 光的机械微粒学说（17世纪---18世纪末） 代表：牛顿 对立面：惠更斯--波动说 分歧的焦点：光在水中的速度 1850年傅科（Foucault）测定 微粒说开始瓦解 光学发展概述 2. 光的机械波动说（19世纪初） 英国人杨（T.Young)和法国人菲涅尔(A.J.Fresnel) 通过干涉、衍射、偏振等实验证明了光的波动性 及光的横波性。 性质：弹性机械波，在机械以太中传播。 3. 光的电磁波动说（19世纪的中后期---） 19世纪中期Maxwell建立了电磁理论，提出了光的电磁波动观点。 性质：光电磁波在电磁以太中传播 4. 光的量子学说（20世纪初---） 电磁波动说在解释“黑体辐射”及“光电效应”等实验时遇到困难。 1900年普朗克提出了“黑体辐射量子化”；其后爱因斯坦提出了光子的概念，将光看成一束粒子流。与电磁波动说相呼应，二者各自统治着自已的领域。 光是一个复杂性的客体，它的本性只能通过它所表现的性质来确定，它的某些方面像波而另一方面像微粒（波粒二象性）。但它既不是波，也不是微粒。 人们对光的认识经历了一个否定之否定过程 自20世纪50年代起光学的发展一直方兴未艾、前途无限，“傅里叶光学”更新了经典光学，后又出现了“相干光学”、“纤维光学”、“全息光学与全息技术”….光学是既年轻又古老的学科，也是现代科学技术的基础。 光学分类： 1）几何光学--研究光的直线传播及光学仪器的 制造 2）波动光学--研究光的波动性以及光波与物质 的相互作用 3）量子光学--研究光子与物质的相互作用 一 有关光波的几个概念 11-1 相干光 平面电磁波方程 4) 介质中的光速 光由一种介质进入另一种介质时, 频率不变, 变化的是波长和波速 5) 介质的折射率: 对于可见光而言, 空气折射率~ 1.0, 其他非气体透明介质的折射率均大于1，并随光波频率而变. 6) 介质中的波长: 光波表示法 c) 复数法 b) 旋转矢量 a) 波动方程 8) 光强: 能流密度 9) 光源: 发射光波的物体 点光源, 线光源, 面光源 普通光源发光特点： 原子发光是断续的，每次发光形成一长度有限的波列, 各原子各次发光相互独立，各波列互不相干. 普通光源的发光机制 普通光源发出的光不是相干光 二 相干光 三 相干光的获得方法： “一分为二，合二为一” 一 杨氏双缝干涉实验（1801年） 11-2 杨氏双缝干涉 劳埃德镜 2002年全美国物理学家投票选出 世界十大经典物理实验之一，排名第五 实 验 装 置 p 明、暗条纹的位置 白光照射时，出现彩色条纹 (1) 一定时，若 变化, 则 将怎样变化？ (2) 一定时,条纹间距 与 的关系如何？ 二 劳埃德镜 P M 类似于杨氏双缝干涉实验 讨论： （1）光源大小对干涉条纹的影响 在双缝干涉实验中，如果逐渐增加光源狭缝S的宽度，则在屏P上的条纹就会变得逐渐模糊起来，最后完全消失. 原因: 光源可以看成由许多彼此独立的线光源组成，它们不相干.总的干涉条纹为各个条纹光强的非相干叠加. 三 空间相干性和时间相干性 （2）为什么只在中央明条纹附近较小的范围内看到干涉条纹？ 讨论： 只有同一波列分成的两部分经不同的光程再相遇时才能发生干涉. 这一属性称作光的时间相干性. 可以看到干涉现象 看不到干涉现象 四 光程 物理意义：光程就是光在介质中通过的几何路程按相位差折合到真空中的路程 　 (1)光程: 　　　介质折射率与光的几何路程之积 = (2)光程差 (两光程之差) 例 杨氏双缝干涉实验中，如果将一薄云母片（n=1.58）覆盖在条缝S1上，发现原屏幕上中心明条移到第五级明条中心位置处，若已知入射光波长为600nm，求云母片厚度。 平行光在透镜焦平面会聚产生亮点，即干涉加强。 因此从与光线垂直的波面到焦点，各光线等光程。 五 透镜不引起附加的光程差 L 11-3 薄膜干涉 反射光的光程差 透射光的光程差 注意：透射光干涉和反射光干涉具有互补性，符合能量守恒定律. 有无半波损失的差别仅在于干涉条纹的级数差半级,即明暗条纹位置对调,并不影响条纹的其他特征,如形状、间隔等. 利用薄膜干涉不仅可以测定波长或薄膜的厚度，还可以提高光学器件的透光率或反射率 . 取 氟化镁为增透膜 减弱 解： 反射光消失 增反膜： 增透膜和增反膜