大学物理 光的干涉1(杨氏双缝).ppt

* 第22章 光的干涉 本章内容： 22.1 光的电磁波特性 22.2 光的单色性与相干性 22.3 光程与光程差 22.4 杨氏双缝实验 22.5 薄膜干涉 一.光的意义--电磁波 §22.1 光的电磁波特性 1. 电磁波的波源 凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源. 例如：天线中的振荡电流, 分子或原子中电荷的振动. 2. 光矢量 3. 光速--电磁波速 真空中 5. 光强(电磁波平均能流密度) 4. 折射率 dA 光强I 结论：I 正比于 E02 或 H02, 通常用电场强度矢量来表示光矢量. 430 455~400 紫 460 470~455 蓝 480 492~470 青 540 577~492 绿 570 597~577 黄 610 622~597 橙 660 760~622 红 中心波长 (nm) 频率(Hz) 波长(nm) 光色 可见光七彩颜色的波长和频率范围 6. 色的含义 色度学上:三原色. 物理上:频率不同. §22.2 光的单色性和相干性 一. 光源 (1) 热辐射 (2) 电致发光 (3) 光致发光 (4) 化学发光 能级跃迁 波列 波列长 L = ? c 自发辐射 (5) 同步辐射光源 (6) 激光光源 受激辐射 自发辐射 E2 E1 非相干(不同原子发的光) 非相干(同一原子先后发的光) 光波列长度与其单色性关系 由傅里叶分析可知 光波单色性 . . 二. 光波的叠加 在观测时间τ内，P点的平均强度为 P S1 S2 r1 r2 · · · 对于两个普通光源或普通光源的不同部分 讨论 (1) 非相干叠加 (2) 相干叠加 对于频率相同； 相位差恒定；光矢量振动方向相同的两束光的叠加 干涉项 相长干涉(明纹) 如果 相消干涉(暗纹) 如果 相干条件:(1) 频率相同； (2) 相位差恒定； (3) 光矢量振动方向平行. 结论 若时间t 内光波在介质中传播的路程为r ,则相应在真空中传播的路程应为 在改变相同相位的条件下 真空中光波长 一.光程与光程差 光程 §22.3 光程与光程差 光程是一个折合量，其物理意义是:在相位改变相同的条件下，把光在介质中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程. 光程: …… ? 一束光连续通过几种介质 相位差与光程差关系: 光在真空中的波长 光程差: 例：两种介质，折射率分别为 n 和 n’ 两个光源发出的光到达P点所经过的光程分别为： d r2 r1 n n’ S1 S2 P ∴它们的光程差为： 由此引起的相位差就是： 物像之间的等光程性(证略) 光程1 光程2 光程3 光程1=光程2=光程3 光程1 光程2 光程1=光程2 结论:透镜不引起附加的光程差. §22.4 杨氏双缝实验 1. 杨氏双缝实验 明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置 获得相干光的方法 1. 分波阵面法(杨氏实验) 2. 分振幅法(薄膜干涉) 实验现象 光强极小,相消干涉. (明纹中心位置) 光强极大,相长干涉. (暗纹中心位置) 理论分析 D d 光程差: 结论: 应用:可测?. (3) Δx 正比于? , D ; 反比于d; (1) 明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧; (2) 条纹等间距，与干涉级k无关而与入射光的波长成正比; △x I x 4I1 O (4)光强分布： (5)若用复色光源，则干涉条纹是彩色的. (因为λ不同，各级明纹与暗纹的位置及条纹间距都不相同)。 2. 劳埃德镜(洛埃镜) S ? ? x O 接触处, 屏上O 点出现暗条纹 半波损失. O ? 反射波有半波损失. 无半波损失. 入射波 反射波 透射波 干涉的实现: 透射波没有半波损失 解:(1) 明纹间距分别为 (2) 双缝间距 d 为 例1:双缝干涉实验中，用钠光灯作单色光源，其波长为589.3 nm，屏与双缝的距离D=600 mm, 求:(1) d =1.0 mm 和 d =10 mm，两种情况相邻明条纹间距分别为多大？(2) 若相邻条纹的最小分辨距离为 0.065 mm，能分清干涉条纹的双缝间距 d 最大是多少？ 例2.(教材P6 例22.1)用白光作光源观察杨氏双缝干涉.设缝间距为d ，缝面与屏距离为D. 最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光 清晰的可见光谱只有一级. 解:明纹条件为 求:能观察到的清晰可见光谱的级次. D d 问：原来的零级条纹移至何处？若移至