第十六章光的干涉-Read.PPT

* 课件制作人 基础课部物理教研室 赵存虎 2001.6. 主要参考资料：清华大学编《大学物理电子课件》 第五篇 (光的干涉) 第十六章 光的干涉 .1. (Interference of Light) §16-1 光的电磁理论 §16-2 光源 相干光 §16-3 双缝干涉 §16-4 光程和光程差 §16-5 薄膜干涉 §16-6 劈尖干涉 牛顿环 §16-7 迈克耳逊干涉仪 §16-1 光的电磁理论 (Electromagnet Theory of Light) 一、电磁波的产生与传播 二、电磁波的性质 1.电磁波的电场强度 和磁场强度 在同一地点同时存在，且具有相同位相； 根据麦克斯韦电磁场理论：变化的电场与变化的磁场相互激发，形成电磁场；电磁场在空间中以一定的速度 传播，形成电磁波. .2. 2.电磁波是横波 且满足右螺旋(如上图) 3. 和 的关系 4.电磁波的速度 真空中: 5.介质的折射率 .3. 三、电磁波的辐射强度 单位时间内通过垂直于波速方向单位面积的辐射能量,称为辐射强度,也称坡印廷矢量: 在光学中,通常把一个周期内电磁波辐射强度的平均值称为光的强度.常使用其相对大小: 可见,光强正比于电场强度振幅的平方. 四、光是电磁波 理论和实验证实光(可见光)是电磁波;红外线、紫外线、X射线等都是电磁波,统称“光”. .4. 或 §16-2 光源 相干光 一、光源 光源的最基本发光单元是分子、原子 ? = (E2-E1)/h E1 E2 能级跃迁辐射 波列 波列长L = ? c 1. 普通光源：自发辐射 独立(不同原子发的光) · · 独立(同一原子先后发的光) .5. (Light Source, Coherent Light) ? 称为相干时间 2. 激光光源：受激辐射 ? = (E2-E1)/h E1 E2 ? ? ? 完全一样(频率,位相,振动方向,传播方向) 二、光的相干性 1.相干条件：频率相同；振动方向相同；位相差恒定 p · · · 1 2 r1 r2 P: E0 E10 E20 2.相干光的强度分布 .6. ▲相干加强条件 (k = 0,1,2,3…) ▲相干减弱条件 (k = 0,1,2,3…) 3. 条纹衬比度(对比度，反衬度) .7. 4. 普通光源获得相干光的途径 p S * 分波阵面法 分振幅法 · p 薄膜 S * 衬比度差 (V 1) 衬比度好 (V = 1) 振幅比 决定衬比度的因素： 光源的宽度 光源的单色性 I Imax Imin o ?? 2? -2? 4? -4? o ?? 2? -2? 4? -4? 4I0 Imax I Imin .8. x D d o 像屏 双缝屏 §16-3 双缝干涉 (分波阵面法) 一、双缝干涉 p · r1 ? ? r2 ? x 单色光垂直入射 d λ，D d (d? 10 -4m, D ? 100 m) 波程差： 相位差： ?x I .9. (Interference of Tow Gap) (动画) 实现双缝干涉的条件： (几何路程差) 相邻明条纹或暗条纹的间距 (1)平行、明暗相间、等间距(? 不太大)的条纹； 双缝干涉条纹特点： (2)当D、λ一定，则缝间距d 越小，条纹越疏； 2.暗条纹条件 .10. 暗条纹位置 1.明条纹条件 明条纹位置 k 为条纹级次 二、光强分布 若 I1 = I2 = I0 则 I 0 ?? 2? -2? 4? -4? k 0 1 2 -1 -2 4I0 x 0 x1 x2 x -2 x -1 sin? 0 ? /d -? /d -2? /d 2? /d .11. (5)越靠近中央，级次越低. (4)用白光作光源可见彩色条纹，从中央明纹向两边由紫色到红色，且随级次 k 的增大，条纹发生重叠； (3)当D、d一定，则波长λ越短，条纹越密； 半波损失:光从光疏介质(折射率小)向光密介质(折射率大)入射时，反射光的位相落后于入射光的位相?， 相当于反射光少走? / 2的光程. S2 * E S1 * L K 三、洛埃镜实验： 当点光源S1发出的光几乎平行于镜面KL入射时，反射光与直射光在相遇区域产生干涉。 反射光发生半波损失。 .12. (一). 光的非单色性 1.理想的单色光 ? 、? 2.准单色光、谱线宽度 准单色光：在某个中心波长(频率)附近有一定波长(频率)范围的光。 ? 0 ? o I I0 I0 /2 ?? 谱线宽度 自然宽度 造成谱线宽度的原因 *四、相干长度与相干时间 谱线宽度： .13. · ? Ei+1 ?Ei+1 Ei ?Ei (二). 相干长度与相干时间 1.相干长度