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文檔簡(jiǎn)介

光的干涉課件第一頁,共三十一頁,2022年,8月28日1.理解相干疊加和不相干疊加的區(qū)別和聯(lián)系;2.理解光的相干條件和光的干涉定義;3.理解干涉條紋的可見度,以及空間相干性和時(shí)間相干性對(duì)干涉條紋可見度的影響;4.掌握相位差和光程差之間的關(guān)系;5.掌握分波面干涉裝置的干涉光強(qiáng)分布的基本規(guī)律,即干涉條紋的間距和條紋的形狀等;第一章教學(xué)目標(biāo)第二頁,共三十一頁,2022年,8月28日6.掌握分振幅等傾干涉的條紋待征和光強(qiáng)分布及其應(yīng)用;7.掌握分振幅等厚干涉的條紋待征和光強(qiáng)分布及其應(yīng)用;8.掌握邁克耳孫干涉儀和法布里—珀羅干涉儀的基本原理及其應(yīng)用.第三頁,共三十一頁,2022年,8月28日1.11.電磁波

根據(jù)麥克斯韋理論:變化的電場(chǎng)與變化的磁場(chǎng)互相激發(fā)形成電磁波.

H

E

§1.1

波動(dòng)的獨(dú)立性、疊加性和相干性一、光的電磁理論第四頁,共三十一頁,2022年,8月28日2.平面電磁波的性質(zhì)

(1)

電磁波是電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的矢量波

(ref.附錄1.2)E

z

H或

B

第五頁,共三十一頁,2022年,8月28日(2)橫波

(3)

真空中波速:

介質(zhì)中波速:

麥克斯韋:光是特定波段的電磁波!第六頁,共三十一頁,2022年,8月28日3.光矢量(光波的振動(dòng)矢量)用電場(chǎng)強(qiáng)度矢量表示

定義:折射率

對(duì)非鐵磁性介質(zhì)

4.光的強(qiáng)度(光強(qiáng)度、光強(qiáng))用平均能流密度表示

(A為電場(chǎng)強(qiáng)度振幅):一般僅表示相對(duì)光強(qiáng)度第七頁,共三十一頁,2022年,8月28日5.電磁波譜長(zhǎng)波波段:波動(dòng)性顯著短波波段:粒子性顯著光波波段:波粒二象性顯著第八頁,共三十一頁,2022年,8月28日3900?

紫7600?

紅可見光:引起人視覺的那部分電磁波。光源:發(fā)射光波的物體。波長(zhǎng)范圍:(390~760)nm

(7.5~4.1)×1014

Hz390

435

450—

492

577

597

622

—760

nm

藍(lán)

紅6.光波波譜明視覺國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(1971)第九頁,共三十一頁,2022年,8月28日二.機(jī)械波的獨(dú)立性和疊加性

當(dāng)幾個(gè)波源產(chǎn)生的波在介質(zhì)中相遇時(shí),可以互不相干地通過介質(zhì),保持各自原有的頻率、波長(zhǎng)、振動(dòng)方向等特性,就象沒有遇到其它波一樣——獨(dú)立性在相遇區(qū)域內(nèi),介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的合位移是各波在該處單獨(dú)引起的分位移的矢量和——疊加性(波動(dòng)方程是線性的,振動(dòng)強(qiáng)度較弱時(shí)介質(zhì)對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)也是線性的,故遵循線性疊加原理)第十頁,共三十一頁,2022年,8月28日兩列波頻率相等,在觀察時(shí)間內(nèi)波動(dòng)不中斷,且在相遇處振動(dòng)方向幾乎沿著同一直線。它們疊加后產(chǎn)生的合振動(dòng)在某些點(diǎn)加強(qiáng),

某些點(diǎn)減弱的現(xiàn)象叫做干涉。三.干涉現(xiàn)象是波動(dòng)的特性

干涉:干涉現(xiàn)象波動(dòng)性干涉圖樣:干涉時(shí)產(chǎn)生的合振動(dòng)強(qiáng)度在空間的分布圖象。為何平時(shí)不常看到光的干涉圖樣?第十一頁,共三十一頁,2022年,8月28日四.相干與不相干疊加

1.空間某點(diǎn)處兩列光波的疊加

p

·

·

·

1

2

r1

r2

第十二頁,共三十一頁,2022年,8月28日1

2

A

A1

A2

t>>T(10-15s),t為觀測(cè)時(shí)間,T為光振動(dòng)周期

第十三頁,共三十一頁,2022年,8月28日討論:1.若相位差隨時(shí)間作無規(guī)則變化,即隨機(jī)取遍0到2π間所有值,則有:結(jié)論:非相干疊加,I為兩振動(dòng)強(qiáng)度之和。結(jié)論:相干疊加,I隨相位差有規(guī)律地變化。2.若相位差不隨時(shí)間變化,即與t無關(guān),則有:第十四頁,共三十一頁,2022年,8月28日相干疊加合強(qiáng)度的變化規(guī)律:此時(shí)為干涉加強(qiáng)(相長(zhǎng))此時(shí)為干涉減弱(相消)a.若b.

若c.

若為其他任意值時(shí)第十五頁,共三十一頁,2022年,8月28日3.N(≥2)列同頻率、同振幅、同振動(dòng)方向光波的疊加:第十六頁,共三十一頁,2022年,8月28日§1.2

由單色波疊加所形成的干涉圖樣

一.相位差和光程差

p

·

·

·

s1

s2

r1

r2

S1點(diǎn):

S2點(diǎn):

P點(diǎn):

第十七頁,共三十一頁,2022年,8月28日定義:光程物理意義:

光波在折射率為

n

的介質(zhì)中傳播

r

路程,等效于在真空中傳播了

nr

的路程(時(shí)間相同).光程差:物理意義:

光波在不同(或相同)介質(zhì)中傳播光程的差別,等效于光波在真空中傳播路程的差別。相位差為相位差為第十八頁,共三十一頁,2022年,8月28日下面考慮01=02,n1=n2≈1的情況,相位差為:二.干涉圖樣的形成

干涉強(qiáng)度表達(dá)式:1、干涉條件——明暗條紋形成條件:亮條紋:第十九頁,共三十一頁,2022年,8月28日暗條紋:(j=0,±1,±2,···)(j=0,±1,±2,···)第二十頁,共三十一頁,2022年,8月28日

如果S1和S2發(fā)出的波向一切方向傳播,并且光波是在空氣中傳播n≈1,δ≈

r2-r1,則光強(qiáng)相同的空間各點(diǎn)的位置滿足條件

由上式可知,這些點(diǎn)的位置是在以S1和S2連線為軸的雙葉旋轉(zhuǎn)雙曲面上。第二十一頁,共三十一頁,2022年,8月28日雙葉旋轉(zhuǎn)雙曲面第二十二頁,共三十一頁,2022年,8月28日2、某一屏上的雙曲線條紋頂點(diǎn)的位置:P0dr0S1S2θPr1r2ryr2-r1P1第二十三頁,共三十一頁,2022年,8月28日明條紋:暗條紋:3、條紋間距——相鄰級(jí)數(shù)的亮紋(或暗紋)

y值之差:第二十四頁,共三十一頁,2022年,8月28日4.總結(jié):i.明紋位置ii.暗紋位置iii.明(暗)條紋頂點(diǎn)間距第二十五頁,共三十一頁,2022年,8月28日iv.光強(qiáng)分布一系列近乎平行、等間距、明暗相間的條紋v.條紋特點(diǎn):第二十六頁,共三十一頁,2022年,8月28日vi.白光(或其他非單色光)入射時(shí),非零級(jí)干涉條紋帶有各種顏色,j

較大時(shí)有光譜重疊現(xiàn)象第二十七頁,共三十一頁,2022年,8月28日例題(習(xí)題1-3)

折射率為1.5的玻璃片插入楊氏實(shí)驗(yàn)的一束光路中,光屏上原來第5級(jí)亮條紋所在的位置變?yōu)橹醒肓翖l紋,試求插入的玻璃片的厚度。已知光波波長(zhǎng)為6×10-7m。第二十八頁,共三十一頁,2022年,8月28日dr0S1S2θPP0r1r2rh第5級(jí)亮條紋位置變成中央亮條紋求玻璃片的厚度為多少?第二十九頁,共三十一頁,2022年,8月28日解:在玻璃片插入前,光

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