大学物理光的干涉.ppt
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1、一、一、 光的本性光的本性第三篇第三篇 波波 动动 光光 学学牛顿的微粒说:牛顿的微粒说:光是由光源发出的微粒流。惠更斯的波动说:惠更斯的波动说:光是一种光是一种波动。波动。1801年,英国物理学家托马斯年,英国物理学家托马斯杨首先利用双缝实验观察到杨首先利用双缝实验观察到了光的干涉条纹,从实验上证了光的干涉条纹,从实验上证实了光的波动性。实了光的波动性。1865年,英国物理学家麦克年,英国物理学家麦克斯韦从他的电磁场理论预言斯韦从他的电磁场理论预言了电磁波的存在,并认为光了电磁波的存在,并认为光就是一种就是一种电磁波电磁波。电磁波是横波:电磁波是横波:电磁波磁波谱 可见光的波长范围: 400
2、 nm 760 nm 电场强度的振动方向称为光的振动方向。由于对人眼和感光器件起光化学作用的是电场光波的振动方向:光波是特定频率范围内的电磁波光波是特定频率范围内的电磁波光矢量:光波中的电场强度矢量电场强度矢量的周期性变化光振动:光波的相干条件: 两列光波频率相同,振动方向相同,光波源的相位差恒定。普通光源普通光源:普通光源的发光机制普通光源的发光机制:二、二、 普通光源的发光机理普通光源的发光机理除激光源之外的各种发光物体;其发光机制是自发辐射处在基态的电子处在基态的电子处在激发态的电子处在激发态的电子原子模型原子模型P21普通光源的发光机制普通光源的发光机制原子能级及发光跃迁原子能级及发光
3、跃迁基态基态激激发发态态跃迁跃迁自发辐射自发辐射波列波列长L随机性:随机性:间歇性:间歇性:间歇性:间歇性:各原子发光是断断续各原子发光是断断续续的,平均发光时间续的,平均发光时间 t t 约为约为1010-8 -8 s s,所发出的是一段长为,所发出的是一段长为 L L L L = = = =c c c c t t t t 的光波列。的光波列。每次发光是随机的,所发出各波列的振动方向每次发光是随机的,所发出各波列的振动方向和振动初相位都不相同。和振动初相位都不相同。独立独立(不同原子发的光不同原子发的光)两独立光源发出的两束光不产生干涉现象两独立光源发出的两束光不产生干涉现象把同一波列同一波
4、列设法分成两部分两部分所获得的两列光波才是相相干光干光如何获得相干光?如何获得相干光?复制相干光独立独立(同一原子先后发的光同一原子先后发的光)tS获取相干光的方法之一:分波阵面波阵面法利用普通光源获得相干光的基本原理:利用普通光源获得相干光的基本原理:把由光源上同一点发的光分为两部分,然后再使这两部分叠加起来由于这两部分光的相应部分实际上都是来自同一发光原子的同一次发光,因而满足相干条件而成为相干光。p * *分波阵面法分波阵面法s由狭缝S发出的同一波阵面的光同时到达狭缝1和2,1和2相当于两个子波源。因它们发出的光来自于同一波阵面,因而是相干光。波阵面:等相面惠更斯原理(惠更斯作图法)狭缝
5、:理论上无限小空间相干性第十章第十章 光的干涉光的干涉同频率、同振动方向两列光波10.1 干涉的光强分布干涉的光强分布P点的光强度点的光强度I:P点的光强度点的光强度I:平均光强:平均光强:(1)非相干光(2)相干光)相干光平均光强:平均光强:( (kk=0,1,2,3)0,1,2,3)( (kk=0,1,2,3)0,1,2,3)P点光强度:干涉相长(干涉相长(亮亮)干涉相消(暗)干涉相消(暗)IImaxImino 2 -2 4 -4 Io 2 -2 4 -4 4I110. 1杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验设两列光波的波动方程分别为:设两列光波的波动方程分别为:因为因为实实 验验 装装 置置
6、p杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验波程差波程差实实 验验 装装 置置p加强加强 减弱减弱暗纹暗纹 明纹明纹p讨论讨论条纹间距条纹间距 明暗明暗条纹的位置条纹的位置白光白光照射时,出现照射时,出现彩色彩色条纹条纹暗纹暗纹明纹明纹1)条纹间距条纹间距 与与 的关系的关系 ;若若 变化变化 ,则,则 将怎样变化?将怎样变化? 一定时,一定时, 一定时,若一定时,若 变化,则变化,则 将怎样变化?将怎样变化?1)讨论讨论条纹间距条纹间距 12340(白色)较高级次上,条纹相互重合以致模糊不清各光的第一级明条纹各光的第二级明条纹红红、橙橙、黄黄、绿绿、青青、蓝蓝、紫紫频率递增,波长递减2) 条纹间距条纹
7、间距 与与 的关系如何?的关系如何? 一定时,一定时, 例例1 以单色光照射到相距为以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上的双缝上,双缝与双缝与屏幕的垂直距离为屏幕的垂直距离为1m. (1) 从第一级明从第一级明 纹纹 到同侧到同侧 的第四级明的第四级明 纹的距离为纹的距离为7.5mm,求单色光的波长求单色光的波长;(2) 若入射光的波长为若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离求相邻两明纹间的距离.解解 (1)(2)P1 菲涅耳双菲涅耳双 镜镜10.3 其他分波阵面干涉其他分波阵面干涉2 劳埃德镜劳埃德镜 半波损失半波损失 :光从光速较大的介质射向光速较小:光从光速较大的介质射向光速
8、较小的介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变了的介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变了 , 相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差,相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差,称为半波损失称为半波损失.PMLC解解 计算波程差计算波程差BA12 , 求求 第一次测到极大时,射电星的方位第一次测到极大时,射电星的方位与湖面所成的角与湖面所成的角 . 如图如图 离湖面离湖面 处有一电磁波接收器位于处有一电磁波接收器位于 C ,当一射电星从地平面渐渐升起时,当一射电星从地平面渐渐升起时, 接收器断续接接收器断续接收收 到一系列极大值到一系列极大值 . 已知射电星发射的电磁波波长为已知射
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