干涉光源相干光雙縫

1、波動(dòng)光學(xué)12、光波能使人們產(chǎn)生視覺(jué)的一種電磁波。 2、光矢量電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)人眼和感光儀器起主要作用。 引言：光波與光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 3引言：光波與光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 光學(xué)的早期發(fā)展3、光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 禮記 “ 左佩金燧” 、 “右佩木燧”玉篇 “燧，以取火于日” 陽(yáng)燧：銅質(zhì)凹面鏡鉆木取火4光學(xué)發(fā)展的三個(gè)階段（1）微粒說(shuō)“統(tǒng)治”階段 牛頓：“微粒說(shuō)”彈性的實(shí)物粒子 惠更斯：“波動(dòng)說(shuō)”機(jī)械波以太媒質(zhì)引言：光波與光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 （2）波動(dòng)說(shuō)“統(tǒng)治”階段 托馬斯楊：雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 馬呂斯：光的偏振現(xiàn)象Thomas Young 1773-1829Augustin Jean Fresnel 1788-18275Denis P

2、oisson 1781-1840Poisson 斑支持微粒說(shuō)的 Poisson 從該理論得出圓屏陰影中心為亮斑的結(jié)論，阿拉果用實(shí)驗(yàn)證實(shí)亮斑的存在。引言：光波與光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 菲涅耳：惠更斯菲涅耳原理 波動(dòng)說(shuō)解釋衍射現(xiàn)象 麥克斯韋：光的電磁學(xué)說(shuō)列別捷夫：實(shí)驗(yàn)測(cè)定光壓光具有能量和動(dòng)量。（3）光量子理論“橫空出世” 愛(ài)因斯坦：光量子假說(shuō) 光的本性的全新認(rèn)識(shí)光具有波粒二象性。粒子性：能量 動(dòng)量P 數(shù)量N波動(dòng)性：頻率波長(zhǎng)振幅E0 一些情況下 突出顯示波動(dòng)性； 一些情況下 突出顯示粒子性；不是經(jīng)典的波 也不是經(jīng)典的粒子。引言：光波與光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 67 現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用 光場(chǎng)的量子特性的研究導(dǎo)致量子光學(xué)的

3、誕生。1958年，Townes 和 Schawlow 給出了激光工作的物理?xiàng)l件。1960年，Theodore H Maiman 制作了第一個(gè)激光器（紅寶石激光器）。 隨著激光技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的光學(xué)研究領(lǐng)域： 全息學(xué)；強(qiáng)場(chǎng)物理；非線性光學(xué)；光學(xué)信息處理. . . . . .光學(xué)是一門(mén)古老而又充滿活力的學(xué)科！引言：光波與光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 光學(xué)幾何光學(xué)波動(dòng)光學(xué)量子光學(xué)光的干涉光的衍射光的偏振引言：光波與光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 8光 的 干 涉（Interference of light）9第4章 波動(dòng)光學(xué)（I）4.1 光波的相干疊加干涉4.2 分波陣面干涉4.3* 空間相干性和時(shí)間相干性4.4 分振幅方法

4、薄膜等傾干涉4.5 分振幅方法薄膜等厚干涉4.6 邁克爾遜干涉儀 第四部分 振動(dòng) 波動(dòng)和波動(dòng)光學(xué)10114.1 光源、光的相干性和光波疊加一、光源二、光波的相干疊加條件五、如何用普通光源獲得相干光三、光波的相干疊加四、光程 光程差124.1 光源、光的相干性和光波疊加一、光源光源：發(fā)光的物體各種光源的最基本發(fā)光單元是原子和分子。 能級(jí)；基態(tài)；激發(fā)態(tài) 134.1 光源、光的相干性和光波疊加一、光源E1E2能級(jí)躍遷輻射： 波列： 波串長(zhǎng)：L = c特征時(shí)間： 108 s；Bohr頻率公式：Planck常數(shù)：141. 普通光源發(fā)光：自發(fā)輻射獨(dú)立(不同原子發(fā)的光) 發(fā)光的隨機(jī)性 發(fā)光的間隙性熱光源4.

5、1 光源、光的相干性和光波疊加一、光源獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光)頻率傳播方向振動(dòng)方向位相152. 激光光源：受激輻射相干光源！ 激光光源： 波列較長(zhǎng)，相干性好，單色性好。 = (E2-E1) / hE1全同光子E24.1 光源、光的相干性和光波疊加一、光源頻率傳播方向振動(dòng)方向位相16二、光波的相干疊加條件4.1 光源、光的相干性和光波疊加光強(qiáng)：能流密度的時(shí)間平均值。人眼及物理儀器檢測(cè)光的強(qiáng)度是由光強(qiáng)決定的。在討論干涉和衍射時(shí)，只注重光的相對(duì)強(qiáng)弱，可以用 表示光強(qiáng)。光波和機(jī)械波滿足相同的相干條件： 1.光矢量平行， 2.頻率相同， 3.相位差恒定。17設(shè)光源S1、S2激發(fā)的兩列波滿足相干條件：p

6、點(diǎn):其中與時(shí)間無(wú)關(guān),三、 光波的相干疊加S1pr1r2S24.1 光源、光的相干性和光波疊加S1點(diǎn):S2點(diǎn):干涉條紋可反映光的全部信息（強(qiáng)度，相位）。18三、 光波的相干疊加4.1 光源、光的相干性和光波疊加特別的，當(dāng) 時(shí)，相長(zhǎng)干涉（明紋條件） 相消干涉（暗紋條件） (k=0,1,2,3) (k= 0,1,2,3) I02-24-44I1襯比度差 (V d Pr1r21、光程差 相位差：一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉考慮： I1 = I2 = I0 ，2、光強(qiáng)與條紋分布 明紋中心暗紋中心一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉1）入射光波長(zhǎng)對(duì)條紋分布的影響 討論一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣

7、面干涉若用白光照射，干涉條紋分布有何特點(diǎn)？ 思考：設(shè)能產(chǎn)生干涉的最大級(jí)次為kM ，則應(yīng)有：相干長(zhǎng)度與相干時(shí)間 - (/2) + (/2)合成光強(qiáng)123456012345x0I一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉 ：中心波長(zhǎng)SS1S2c1c2b1b2a1a2 PS1S2Sc1c2b1b2a1a2P能干涉不能干涉用波列長(zhǎng)度解釋干涉范圍：一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉相干長(zhǎng)度：兩列波能發(fā)生干涉的最大光程差。只有同一波列分成的兩部分，經(jīng)過(guò)不同的路程再相遇時(shí)，才能發(fā)生干涉。波列長(zhǎng)度就是相干長(zhǎng)度。一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉普通單色光：激光： 理想情況相干時(shí)間：光通過(guò)相干長(zhǎng)度所需時(shí)間。單色性

8、好、相干長(zhǎng)度長(zhǎng)、相干時(shí)間長(zhǎng)。2）雙縫間距對(duì)條紋分布的影響一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉 討論雙縫間距越小，條紋間距越大。（1）一系列平行的明暗相間的條紋； 小結(jié)：雙縫干涉條紋的特點(diǎn)及相關(guān)結(jié)論（2） 不太大（傍軸近似）時(shí)條紋等間距；（3）中間級(jí)次低，兩邊級(jí)次高；明紋級(jí)次：k =（4）白光入射時(shí)，0級(jí)明紋中心為白色，其余級(jí)明紋構(gòu)成彩帶，第2級(jí)開(kāi)始出現(xiàn)重疊；（5）雙縫間距越小，條紋間距越大。一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉 3、雙縫干涉的應(yīng)用舉例1）測(cè)量光波的波長(zhǎng)方法一：方法二：一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉2）監(jiān)測(cè)煤礦甲烷的“濃度”（1）若兩室內(nèi)

9、均為純凈空氣，O處為零級(jí)條紋。井下氣樣（2）若A室充滿甲烷體積比為的井下氣樣：純甲烷氣的折射率純凈空氣的折射率一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉3738一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉例：藍(lán)綠光為楊氏干涉實(shí)驗(yàn)的光源，波長(zhǎng)范圍=100nm，中心波長(zhǎng)=490nm，估算第幾級(jí)開(kāi)始條紋變得無(wú)法辨認(rèn)？長(zhǎng)波長(zhǎng)：，短波長(zhǎng)：解： 長(zhǎng)波長(zhǎng)的k級(jí)亮條紋和短波長(zhǎng)的k+1級(jí)亮條紋重合。也就是說(shuō)從第五級(jí)開(kāi)始條紋變得不可分辨。代入數(shù)值，解得：39問(wèn)：原來(lái)的零級(jí)條紋移至何處？若移至原來(lái)的第 k 級(jí)明條紋處，其厚度 h 為多少？例：已知：S2 縫上覆蓋的介質(zhì)厚度為 h ，折射率為 n ，設(shè)入射光的波長(zhǎng)為. 答：（1）零級(jí)明條紋下移；（2）一、楊氏雙縫干涉4.2 分波陣面干涉40原來(lái) k 級(jí)明條紋位置滿足：設(shè)有介質(zhì)時(shí)零級(jí)明條紋移到原來(lái)第 k 級(jí)處，它必須同時(shí)滿足：二、其他分波陣面的干涉1、菲涅耳雙棱鏡實(shí)驗(yàn)SS1S2等效雙縫明紋中心暗紋中心4.2 分波陣面干涉2、菲涅耳雙面鏡實(shí)驗(yàn)方法：等效雙縫（略）二、其他分波陣面的干涉4.2 分波陣面干涉3、洛埃鏡實(shí)驗(yàn)MPS方法：等效雙縫（略）思考：在鏡面最右端處是明紋還是暗紋？P二、其他分波陣面的干涉4.2 分波陣面干涉 方法小結(jié)：