光干涉 第五篇 波动光学 第十八章 光波的干涉.pptVIP

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光干涉 第五篇 波动光学 第十八章 光波的干涉

* * * * * * 第五篇 波动光学 18章 光波的干涉 波长:400 nm — 760 nm(1nm=10?) 频率:3.9×1014 — 8.6×1014 Hz 光学:有关可见光研究的学科 几何光学 物理光学 波动光学 量子光学 现代光学 一、光源 (light source) 光源的最基本发光单元是分子、原子(外层电子 能级跃迁辐射)。 波列 波列长 L=?t c 光波——电磁波 第18章 光的干涉(Interference of light) 引 言 用波动理论解释光的干涉、衍射、偏振现象 原子发光是间歇性的有限长波列, 每个波列持续的时间是 1 受激辐射 2. 激光光源: ? = (E2-E1)/h E1 E2 ? ? ? 完全一样 (频率,位相,振动方向,传播方向) 普通光源: 发光的随机性 发光的间隙性 激光光源: 单色性好。 表示光源单色性好坏 1. 普通光源: 独立 · · 独立( 同一原子先后发的光 ) 自发辐射 ( 不同原子发的光 ) 2 二、光波的描述 光波是电磁波,电场强度E的振动 称为光振动。 1. 描述光波的光矢量 ——电场强度矢量E 振动方程: (1)光程 (optical path) 2. 光程 光程差 波动方程: 光 速 比较空间两处的光强,除去介质本身因素外,就是 考虑两处光振动矢量的振幅大小。 在介质中传播的波长, 折算成真空中波长。 3 在?t时间内 某光波在真空中传播的距离为: L = c?t 此光波在介质n中传播的距离为: 经?t时间后,它们的位相变化: 经真空中: p l f D 2 L = 经介质n中: t n c D = t u L D = ¢ n L = p l 2 n L = ¢ p l 2 L n ¢ = p l 2 L = f D = 结论 通过不同介质的同频率光波,它们的位相 变化均可用真空中的几何路程表示。 定义:光波在介质中所经历的几何路程 L¢ 、 与介质折射率n之积 nL¢ 称为光程L。 …… …… n1 n2 nm d1 d2 dm ? 光程 L = ? ( ni di ) 4 p l f D 2 ¢ ¢ = ¢ L 注: (1)一般空气的 n?1, 光程差与 位相差: (2) 成象的等光程性 透镜或透镜组在光路中 不会带来附加的光程差。 (3)半波损失 结论 没有半波损失 有半波损失 (2)光程差 两光程之差 叫做光程差。 5 动画 3. 光的相干性 (coherent light ) (1)光的独立传播原理 光波叠加原理 1 E v 1 S 2 S 2 E v 1 r v 2 r v 对于两光波的任意相遇点P: 该方向的光强 E2sin? 垂直于 方向的振动为 平行于 方向的振动 两光波的位相差: ——两振动的合成 其合成振幅: 在P处的光强: 6 讨论: (1)两光波的位相差不稳定 常量 =0 相遇点的光强: (2)两光波的位相差稳定 常量 两光强简单相加 f D cos = 相遇点的光强: I I I I I ) (cos 2 2 1 2 1 f D + + = 当 光强加强 光强减弱 称之为相干叠加 两光波不相干 若 E10= E20cos? 即:I1=I2 7 ? 两列波有相互平行的电振动分量, 即: 当两列波的振幅相等时,干涉现象最明显。 获得相干光的方法 : 1. 分波阵面的方法—— 杨氏干涉 2. 分振幅的方法 —— 等倾干涉、等厚干涉 3. 分振动面的方法—— 偏振光干涉 (2) 光波的相干条件: ? 两列波的频率相等。 ? 常量,两列波的位相差恒定。 =常量 0 8 1. 杨氏双缝干涉 (Thomas Young) 三 、分波阵面干涉 (1)实验原理 S0 中央明纹 缝屏 缝屏 接收屏 暗条纹 平面波 以中央明纹为对称的 明暗相间的干涉条纹 S1 S2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 (2)出现明暗条纹的位置(真空中): 1 S 2 S 零级明纹 设缝间距为d,两屏间距为Dd 对任意点P: 位相差为: (k=0,1,2…) 明纹 暗纹 即: 注: * o点处 是中央明纹(零级明纹) ** 若P点的光程差 则P点为明暗条纹的过渡区 干涉极大 干涉极小 10 P 点的坐标(距o点很近): 代入?得:

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