光的干涉課件

光的干涉課件第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三1．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2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三6．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3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三1.11.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4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三2.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5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三(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6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三3.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7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三5.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8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三3900?

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

紫

藍(lán)

青

綠

黃

橙

紅6.光波波譜明視覺國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（1971）第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三二.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10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三兩列波頻率相等，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?？吹焦獾母缮鎴D樣？第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三四.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12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三1

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13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三討論：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14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三相干疊加合強(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15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三3.N（≥2）列同頻率、同振幅、同振動(dòng)方向光波的疊加：第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三§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17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三定義：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18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三下面考慮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19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三暗條紋：(j=0，±1，±2，···)(j=0，±1，±2，···)第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三

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21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三雙葉旋轉(zhuǎn)雙曲面第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三2、某一屏上的雙曲線條紋頂點(diǎn)的位置：P0dr0S1S2θPr1r2ryr2－r1P1第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三明條紋：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24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三4.總結(jié)：i.明紋位置ii.暗紋位置iii.明（暗）條紋頂點(diǎn)間距第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三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26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三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27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三例題（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28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三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29頁，共31頁，2023年，2月20日，星期三解：在玻璃片插入前，光屏