波動(dòng)光學(xué)第1講-光的干涉-楊氏雙縫干涉課件

波動(dòng)光學(xué)第1講——光的干涉楊氏雙縫干涉主要內(nèi)容§1光源、單色光與相干光、光程§2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)波動(dòng)光學(xué)第1講主要內(nèi)容§1光源、單色光與相干光、光程§21幾何光學(xué)：以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)研究反射、折射、散射及研究各種光學(xué)儀器的理論。波動(dòng)光學(xué)：以光的波動(dòng)性為基礎(chǔ)研究光的傳播規(guī)律特別是光的干涉、衍射及偏振的規(guī)律。量子光學(xué)：以光的粒子性及近代量子理論為基礎(chǔ)研究光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律。波動(dòng)光學(xué)幾何光學(xué)：以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)研究波動(dòng)光學(xué)：以光的波動(dòng)性2§1光源、單色光與相干光一．可見光與光源

1、可見光頻率范圍:3.9×1014Hz—8.6×1014Hz波長范圍:400nm—760nm赤橙黃綠青藍(lán)紫2、光源自身能發(fā)光的物體普通光源屬于自發(fā)輻射，非相干光源激光器屬于受激輻射，相干光源§1光源、單色光與相干光一．可見光與光源1、可見3二.光的單色性1、單色光與復(fù)色光只含有一種頻率的光——單色光含有多種頻率的光——復(fù)色光準(zhǔn)單色光：頻率很接近的復(fù)色光如鈉燈發(fā)出的光：波長范圍在589.0nm～589.6nm2、獲得單色光的方法三棱鏡濾光片激光器件二.光的單色性1、單色光與復(fù)色光只含有一種頻率的光——單4三.光的相干性光的干涉現(xiàn)象：當(dāng)兩列相干光相遇時(shí),在相遇空間出現(xiàn)明暗穩(wěn)定分布的現(xiàn)象1、原子的發(fā)光機(jī)理三.光的相干性光的干涉現(xiàn)象：1、原子的發(fā)光機(jī)理5●●●●

一個(gè)原子每一次發(fā)光就只能發(fā)出一段長度有限，頻率一定和振動(dòng)方向一定的光波這樣一段光波稱作一個(gè)波列波列波列長L=

c●●●●一個(gè)原子每一次發(fā)光就只能發(fā)出一段長度有限，頻6普通光源◆各個(gè)原子各次發(fā)光，發(fā)光頻率、振動(dòng)方向、彼此位相差是不確定的，出現(xiàn)干涉現(xiàn)象的概率非常小。獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)··◆同一原子不同次發(fā)光，也不能保證這些波列的頻率，振動(dòng)方向都相同，而且位相差也不可能保持恒定，因此，也就不可能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。普通光源◆各個(gè)原子各次發(fā)光，發(fā)光頻率、振動(dòng)方向、彼此位相差是72、相干光的獲得

利用普通光源獲得相干光的方法的基本原理是把由光源同一點(diǎn)發(fā)出的光設(shè)法分成兩部分，然后再使這兩部分疊加起來。

分波陣面法分振幅法在同一波面上兩固定點(diǎn)光源，發(fā)出的光產(chǎn)生干涉的方法為分波面法。如楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)（圖1）一束光線經(jīng)過介質(zhì)薄膜的反射與折射，形成的兩束光線產(chǎn)生干涉的方法為分振幅法。如薄膜干涉（圖2）。PSS1S2S

S12P圖1圖22、相干光的獲得利用普通光源獲得相干光的方法的基本原8四、光程光在介質(zhì)中傳播的距離折算成真空中的長度。在介質(zhì)中傳播的波長，折算成真空中波長兩光程之差叫做光程差相位差：2、光程差1、光程的引入和光程的概念四、光程光在介質(zhì)中傳播的距離折算成真空中的長度。在介質(zhì)中傳播9當(dāng)用透鏡觀測(cè)干涉時(shí)，不會(huì)帶來附加的光程差。3、透鏡不引起附加的光程差當(dāng)用透鏡觀測(cè)干涉時(shí)，不會(huì)帶來附加的光程差。3、透鏡不引起附加10

楊氏在1801年首先用實(shí)驗(yàn)的方法研究了光的干涉現(xiàn)象，為光的波動(dòng)理論確定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。一.楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)§2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)楊氏在1801年首先用實(shí)驗(yàn)的方法研究了光的干涉現(xiàn)象，為光111、實(shí)驗(yàn)裝置S1S2SE1、實(shí)驗(yàn)裝置S1S2SE12S1S2SE2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)光源照射狹縫S時(shí)，在屏幕E上出現(xiàn)一系列穩(wěn)定的與狹縫平行、條紋間距彼此相等的明暗相間的條紋。S1S2SE2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)光源照射狹縫S13●3、實(shí)驗(yàn)解釋由S1和S2

射出的光束來自同一光波波陣面的不同部分，因此它們具有相同的頻率和相位。這種獲得相干光的方法稱作分波陣面法。

●3、實(shí)驗(yàn)解釋由S1和S2射出的光束來自同一光14二.明暗紋條件●●

S1和S2到P點(diǎn)的波程差二.明暗紋條件●●S1和S2到P點(diǎn)的波15二.明暗紋條件設(shè)S1和S2的距離為d，中點(diǎn)為M，

PM與MO的夾角為θ，從S1做S2P垂線S1C。通常情況下，D＞＞d，θ很小●●M到屏幕的距離為D，垂足為o

，以o為坐標(biāo)原點(diǎn)，P點(diǎn)的坐標(biāo)為x二.明暗紋條件設(shè)S1和S2的距離為d，PM與M16●●二.明暗紋條件通常情況下，D＞＞d，θ很小●●二.明暗紋條件通常情況下，17二.明暗紋條件干涉明紋的條件條紋的中央為明紋，稱為零級(jí)(或中央)明紋●●干涉暗紋的條件二.明暗紋條件干涉明紋的條件條紋的中央為明紋，稱為零級(jí)(或18IO0明紋●●暗紋明紋IO0明紋●●暗紋明紋19干涉條紋圖樣632.8nm的氦氖激光器產(chǎn)生的干涉條紋589.3nm的鈉黃光產(chǎn)生的干涉條紋干涉條紋圖樣632.8nm的氦氖激光器產(chǎn)生的干涉條紋589.20

◆條紋間距◆條紋圖樣當(dāng)單色光照射時(shí)，為明暗相間的條紋當(dāng)白光照射時(shí)，為彩色條紋（中央為白色條紋）條紋明暗相間平行等距◆條紋移動(dòng)討論向兩邊移動(dòng)向兩邊移動(dòng)向中央移動(dòng)◆條紋間距◆條紋圖樣當(dāng)單色光照射時(shí)，為明暗相間的條21討論條紋特點(diǎn)1、中央明紋2、明暗相間3、平行等距4、對(duì)稱分布

以中央明條紋為中心、兩側(cè)對(duì)稱分布的、平行等距的明暗相間的直條紋討論條紋特點(diǎn)1、中央明紋以中央明條紋為中心、兩側(cè)對(duì)稱22線光源S的兩個(gè)虛像相當(dāng)于楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中的雙縫，楊氏實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)結(jié)論在此成立。S2SBPM2M1AOA與屏距離S：線光源B：S1P：A：M1、M2：障礙物屏平面鏡鏡交線鏡面夾角S與A距離注：S發(fā)光經(jīng)兩個(gè)鏡面反射均有半波損失。三．菲涅耳雙棱鏡干涉線光源S的兩個(gè)虛像相當(dāng)于楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中的雙縫，楊氏實(shí)驗(yàn)中的有23三．菲涅耳雙棱鏡干涉SS1S2虛光源與屏間距。分析光程時(shí)，不考慮半波損失。楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果仍成立。虛像間距。三．菲涅耳雙棱鏡干涉SS1S2虛光源與屏間距。分析光程時(shí)，不24SS

PS：線光源M：平面鏡P：屏MS發(fā)光照射M時(shí)為掠射，直射光與反射光相干S與S間距S與屏距離實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，屏靠近鏡時(shí)，鏡右端不明反暗，驗(yàn)證了電磁理論預(yù)言的半波損失四．洛埃鏡干涉實(shí)驗(yàn)SSPS：線光源M：平面鏡P：屏MS發(fā)光照射M時(shí)為掠25例1：波長為632.8

nm的激光，垂直照射在間距為1.2mm的雙縫上，雙縫到屏幕的距離為500mm，求兩條第4級(jí)明紋的距離。解：44Io由明紋公式：兩條4級(jí)明紋的距離為：例1：波長為632.8nm的激光，垂直照射在間距為26例2：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用波長為632.8nm的激光照射一雙縫，將一折射率為n=1.4

的透明的介質(zhì)薄片插入一條光路，發(fā)現(xiàn)屏幕上中央明紋移動(dòng)了3.5個(gè)條紋，求介質(zhì)薄片的厚度d。例2：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用波長為632.8nm的激光27解：由于中央明紋移動(dòng)了3.5個(gè)條紋，則插入的介質(zhì)薄片所增加的光程差為3.5個(gè)波長，對(duì)應(yīng)原屏幕中央o點(diǎn)兩條光線的光程差也為3.5

。o’DS1S2Sar1r2Iood解：由于中央明紋移動(dòng)了3.5個(gè)條紋，則插