第十三章11-21干涉

1、It is easier to fight for principles than to live up to them. -Adlai Stevenson, British writer第四篇 波動(dòng)光學(xué)光在真空中的傳播速度：真空中電磁波的波速光學(xué)研究的內(nèi)容： 光的現(xiàn)象、光的本性 、光與物質(zhì)相互作用通常分三部分研究：波動(dòng)光學(xué)：以光具有波動(dòng)性（電磁波）為基礎(chǔ)，研究光波的 傳播規(guī)律（干涉、衍射、偏振） 量子光學(xué)：以光的量子理論為基礎(chǔ)，研究光與物質(zhì)的相互作用幾何光學(xué)：以光的直線傳播為基礎(chǔ)，研究各種光學(xué)儀器的理論光的波動(dòng)性:判據(jù)干涉現(xiàn)象衍射現(xiàn)象光波的特點(diǎn)：波長(zhǎng)短 3900 - 7800 速度高光源在原

2、子內(nèi)部對(duì)人眼起感光作用的光矢量第十三章 光的干涉13.1、13.3 光的相干性 光程3）振動(dòng)方向相同1） 頻率相等2）相位差恒定1. 光的相干條件：和波的相干條件一樣討論兩個(gè)光源的干涉：光源振動(dòng)方程：光傳到P點(diǎn)時(shí)的振動(dòng)方程：P點(diǎn)合振動(dòng)方程：P點(diǎn)處的光矢量的強(qiáng)度：1）若 不隨時(shí)間變化，只是位置函數(shù)P點(diǎn)處的光強(qiáng)：加強(qiáng)減弱422402. 光源的發(fā)光機(jī)構(gòu)光源的最基本發(fā)光單元是原子 發(fā)光時(shí)間 10-8秒波列波列長(zhǎng)L = c = (E2-E1)/hE1E2能級(jí)躍遷輻射輻射躍遷2.1 普通光源的發(fā)光特點(diǎn)隨機(jī) 間歇2.2 激光光源：受激輻射 = (E2-E1)/hE1E2 完全一樣(頻率、相位、振動(dòng)方向) 激

3、光光源發(fā)光 相干性很好2）若 隨時(shí)間變化干涉是能量的重新分配2.3 從普通光源中獲得相干光的原則裝置的基本特征先分光 然后再相遇從一個(gè)原子一次發(fā)光中獲得獲得相干光的方法分波面的方法分振幅的方法楊氏干涉等傾干涉、等厚干涉分波面法：從一次發(fā)光的波面上取出幾部分 再相遇滿足相干條件分振幅法：一束光線中分出兩部分 再相遇相遇區(qū)分束裝置衍射薄膜12分束相遇區(qū)2.4 點(diǎn)光源（光源的理想模型）所有發(fā)光原子處于同一幾何位置3.光程c點(diǎn)的干涉結(jié)果取決于兩相干光在c點(diǎn)的相位差c點(diǎn)的干涉結(jié)果如何？ 光線1光線2問(wèn)題:相干光源 a b 初相相同 但到達(dá)場(chǎng)點(diǎn)c的過(guò)程中經(jīng)過(guò)的介質(zhì)不同 如圖用真空中的波長(zhǎng) 將上式化簡(jiǎn)：光在

4、介質(zhì)1中的光程：在介質(zhì)1中走過(guò)的幾何路程：光線1經(jīng)過(guò)的介質(zhì)1的折射率：在介質(zhì)2中走過(guò)的幾何路程：光線2經(jīng)過(guò)的介質(zhì)2的折射率：光在介質(zhì)2中的光程1） 光程差2）相位差 = 光程差( )真空中的波長(zhǎng)討論光線1光線24.透鏡的等光程性透鏡不會(huì)帶來(lái)附加的光程差結(jié)論：干涉問(wèn)題要分析：(2)波程差(光程差)計(jì)算(1)相干光的獲得(3)條紋特點(diǎn)(形狀、位置、分布、條數(shù)、移動(dòng)等)(4)光強(qiáng)公式、光強(qiáng)曲線1.楊氏雙縫干涉1.1 實(shí)驗(yàn)裝置：1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論：13.2 雙縫干涉波長(zhǎng)為真空中的波長(zhǎng)。1.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：屏上出現(xiàn)等間距的明暗條紋中央明條紋由幾何關(guān)系得：相干相長(zhǎng)相干相消明條紋中心位置暗條紋中心位置1.4

5、 條紋特點(diǎn)：1）x=0處為明條紋，其它條紋上下對(duì)稱明條紋中心位置暗條紋中心位置相鄰明條紋（或暗條紋）的間距為：楊氏干涉條紋是等間距的;2）D一定，雙縫間距大，條紋密3）D、d一定，白光照射時(shí)白光入射的楊氏雙縫干涉照片各級(jí)明條紋的光強(qiáng)相等。楊氏干涉可用于測(cè)量波長(zhǎng)。方法一：方法二：例：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，兩縫的間距為0.6mm，在2.5m遠(yuǎn)處的屏幕 上出現(xiàn)干涉條紋，測(cè)得相鄰兩明條紋中心的距離為2.27mm。 試計(jì)算入射光的波長(zhǎng)。 解：由楊氏雙縫干涉條件討論：2）楊氏雙縫裝置放進(jìn)水中，條紋如何變化？1）求兩列波到 p點(diǎn)的光程差：明相鄰明紋的間距為：比空氣中的密S1S2SbD D d屏3) S光源在中心

6、以上：條紋向下移動(dòng)；條紋間距不變例：用很薄的云母片(n=1.58)覆蓋在雙縫實(shí)驗(yàn)中的一條縫上，這時(shí) 屏幕上的零級(jí)明條紋移到原來(lái)的第七級(jí)明條紋的位置上，如 果入射光波長(zhǎng)為 550 nm。 試問(wèn)此云母片的厚度為多少? 解（一）：設(shè)云母片的厚度為e無(wú)云母片時(shí)放置云母片后聯(lián)立兩式解（二）：跟蹤O點(diǎn)：跟蹤零級(jí)條紋：光程差每改變一個(gè)條紋移動(dòng)一條放置云母片后：“1”光程不變“2”光程改變了：光程差的改變移動(dòng)的條紋數(shù)2. 菲涅耳雙面鏡：2.1 實(shí)驗(yàn)裝置：平行于觀察屏明條紋中心的位置O點(diǎn)在兩個(gè)虛光源連線的垂直平分線上暗條紋中心的位置2.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：屏上出現(xiàn)等間距的明暗條紋中央明條紋2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論：3.勞埃(H.Lloyd)鏡實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)屏移到圖示位置時(shí)，在屏上的P 點(diǎn)是暗條