14-1相干光與楊氏雙縫干涉

第十四章光的干涉chapter14interferenceoflight§14-1相干光一光是一種電磁波平面電磁波方程實驗證明光波中參與與物質(zhì)相互作用〔感光作用、生理作用等〕的只是E矢量，稱它為光矢量。E矢量的振動稱為光振動。光波是電磁波在空間的傳播。而電磁波用矢量E和H表示?？梢姽獾姆秶?/p>

真空中的光速介質(zhì)中的光速同一光波穿過不同介質(zhì)時頻率不變

真空中的波長介質(zhì)中的波長光程媒質(zhì)真空orn1n1lncnvllnlvcnlnlLrn相當(dāng)于在真空中走多少路程？Lrn光程二光程光程差光程差：兩束光線的光程之差Pr1r2ss21nn12ABCllnSl14l3l2l單色點光源SACLlSBCLl1++3lnl+2l4l)光程+l1+3lnl()12l4l光程差d相位差2rjpld透鏡無附加光程差FACBDEOrj0d0LABFEOFLCDFL即各路等光程平面波球面波會聚理想透鏡不引起附加光程差A(yù)B光干預(yù)的必要條件頻率相同振動方向相同相位差恒定P三相干光光干預(yù)的必要條件P21三相干光普通光源發(fā)光特點：原子發(fā)光是斷續(xù)的，每次發(fā)光形成一長度有限的波列,各原子各次發(fā)光相互獨立，各波列互不相干.1〕普通光源的發(fā)光機制原子能級及發(fā)光躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)躍遷自發(fā)輻射振動方向、頻率相同，相位差恒定。2〕相干光的產(chǎn)生波陣面分割法*光源振幅分割法分別引起

P

點的振動y1

A1coswt+(j1)y2

A2coswt+(j22pr1l12pr2l2)合振動

y

y1+y2

Acos(wt+j)故空間每一點的合成振幅A保持恒定。jrP點給定，則恒定。jrAA12A22A1A2cos2++j2j12p[)r2l22pr1l1(]四光的干預(yù)A2()A1()A()Pr1r221ssnn12cosyA2ptlxj+wjrAA12A22A1A2cos2++j2j12p[)r2l22pr1l1(]l2l1jrj2j1r22pr1(2p)相位差2pj2j1l(n2r2n1r1)光程差若j2j1即兩分振動具有相同的初相位則取決于兩波源到P點的光程差djrn2r2n1r1djrl2p相位差與光程差A(yù)A12A22A1A2cos2++l(2pn2r2n1r1)2pl+2pkjr（0,1,2,)k...當(dāng)時則合成振動的振幅最大maxA12A+A即d+kl

波程差為零或為波長的整數(shù)倍時，各質(zhì)點的振幅最大，干涉相長。n2r2n1r1maxI12I+I+12II2若j2j1即兩分振動具有相同的初相位2pl+pjr（0,1,2,)k...當(dāng)時則合成振動的振幅最小即2k()+12d+l2k()+1minA12AA

波程差為半波長的奇數(shù)倍時，各質(zhì)點的振幅最小，干涉相消。mixI12I+I12II2§14-2楊氏雙縫干涉xk=+1k=-2k=+2k=0k=-1I一、楊氏雙縫實驗〔單色光，縫寬～波長〕S1S2S***dD<<rr21δ==dxDtg~~dqsindq~~xD<<〔k稱為明條紋的干預(yù)級，k=0對應(yīng)中央明紋〕xDSS12rr12dqp加強減弱明紋暗紋討論條紋間距明暗條紋的位置白光照射時，出現(xiàn)彩色條紋暗紋明紋1）條紋間距與的關(guān)系;若變化，則將怎樣變化？一定時，xkxk+1Δx=kDdDd+()k1=ll=Ddl一定時，若變化，則將怎樣變化？1）2）

條紋間距與的關(guān)系如何？一定時，光強分布圖條紋間距地測得照射光的波長。通過D及d的測量,可以間接第一次測波長洛埃鏡實驗1W二、洛埃鏡分波面干涉2WXMDdxrsWlsX半波失損ldxrD

緊靠鏡端處總是產(chǎn)生暗紋，說明在鏡端處反射光與入射光的相位差為，相當(dāng)于光程差，稱為半波損失。p2l雙面鏡實驗1W21WBXe2dxrrDl三、菲涅耳雙面鏡分波面干涉sWlldxrD1s2ssWM12Me雙棱鏡實驗四、菲涅耳雙棱鏡分波面干涉WsW1l2Ws1s2ldxrDDd分波面法小結(jié)分波面干涉小結(jié)1W洛埃鏡分波面干涉2WXMDdxrsWlsX半波失損ldxrDxrlDd條紋間隔Dds1dls2sr1r2xoXd12rr楊氏雙縫分波面干涉ddxDd++2lk()12()12k0,,x+2l+k()12Ddxrxrld+k()12k0,,xl+kDd菲涅耳雙棱鏡分波面干涉WsW1l2Ws1s2ldxrDDd1W21WBXe2dxrrDl菲涅耳雙面鏡分波面干涉sWlldxrD1s2ssWM12Me在楊氏實驗中，〔1〕波長為632.8nm的激光射在間距為0.022cm的雙縫上，求距縫180cm處屏幕上所形成的干預(yù)條紋的間距?！?〕假設(shè)縫的間距為0.45cm，距縫120cm的屏幕上所形成的干預(yù)條紋的間距為0.15mm，求光源的波長。解：例1在楊氏雙縫干預(yù)的實驗中，入射光的波長為λ，假設(shè)在縫S2上放置一片厚度為b、折射率為n的透明薄膜，試問：〔1〕兩束光的光程差；〔2〕原來的中央明紋如何移動？〔3〕如果觀測到中央明紋移到了原來的k級明紋處，求該薄膜的厚度b.解：〔1〕光程差跟不加薄膜相比，光程增大了〔n-1〕b例2(2)加薄膜后，中央明紋對應(yīng)顯然r2-r1=(1-n)b＜0，即r2＜r1，中央明紋下移。(3)不加薄膜，K級明紋滿足：r2-r1=-kλ放置薄膜后r2-r1=-〔n-1)b=-kλ上式也可理解為，插入薄膜