光1 光的干涉 (1) 副本

波動(dòng)光學(xué)1波動(dòng)光學(xué)181720192116世紀(jì)軸遠(yuǎn)古萌芽幾何光學(xué)量子光學(xué)現(xiàn)代光學(xué)過渡時(shí)期：直線傳播占主導(dǎo)，波動(dòng)理論逐漸形成墨翟牛頓惠更斯托馬斯·楊引言：光學(xué)發(fā)展簡史愛因斯坦麥克斯韋梅曼菲涅耳2幾何光學(xué)：以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)，

波動(dòng)光學(xué)：研究光的電磁性質(zhì)和傳播規(guī)律，

量子光學(xué)：以光的量子理論為基礎(chǔ)，研究各種成象光學(xué)儀器的理論。是干涉、衍射、偏振的理論和應(yīng)用。物質(zhì)相互作用的規(guī)律。主要研究光與特別

波動(dòng)光學(xué)和量子光學(xué)，統(tǒng)稱為物理光學(xué)。

光學(xué)是研究光的現(xiàn)象、光的本性和光與物質(zhì)相互作用的學(xué)科。通常分為以下三個(gè)部分：3光的波動(dòng)性光的干涉、衍射光波是橫波光的偏振機(jī)械橫波與縱波的區(qū)別機(jī)械波穿過狹縫4可見光的波長范圍：

400nm～760nm電磁波譜5光色波長(nm)

頻率(Hz)中心波長(nm)

紅760~622

660

橙622~597610

黃597~577

570

綠577~492540

青492~470

480

蘭470~455

460

紫455~400

430可見光七彩顏色的波長和頻率范圍可見光的范圍6§1光的本性1-1微粒說與波動(dòng)說之爭牛頓的微粒說：光是由光源發(fā)出的微粒流。惠更斯的波動(dòng)說：光是一種波動(dòng)。71-2光的電磁本性1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊（T.Young，1773—1829）首先利用雙縫實(shí)驗(yàn)觀察到了光的干涉條紋，從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了光的波動(dòng)性。1865年，英國物理學(xué)家麥克斯韋從他的電磁場理論預(yù)言了電磁波的存在，并認(rèn)為光就是一種電磁波。8§2光的相干性肥皂泡或光碟表面上的彩色花紋，都是光的波動(dòng)特性所引發(fā)的一種現(xiàn)象。相干光：能夠滿足干涉條件的光。相干光源：能產(chǎn)生相干光的光源。9光波是矢量E和H在空間的傳播。光矢量實(shí)驗(yàn)證明光波中參與與物質(zhì)相互作用（感光作用、生理作用等）的是E矢量，稱它為光矢量。E矢量的振動(dòng)稱為光振動(dòng)。1、光矢量：ExH02-1光的相干條件102、光波疊加原理假設(shè)兩光矢量是同方向的，在觀測(cè)時(shí)間內(nèi)平均光強(qiáng)是正比于振幅的平方11干涉項(xiàng):與兩光源的頻率、初相位以及空間P的位置有關(guān)。它決定著P點(diǎn)的光強(qiáng)式中為在P處，t時(shí)刻兩列波的相位差為光的非相干疊加為光的相干疊加兩列光波有相互平行的電振動(dòng)分量

相干條件：兩列光波的頻率相等兩列光波的初相位差恒定

相干條件即為相干項(xiàng)不為零的條件12兩個(gè)獨(dú)立的光源不可能成為一對(duì)相干光源即使兩個(gè)光源的頻率相同，但是由于原子發(fā)光是隨機(jī)的，間歇性的，兩束光波的振動(dòng)方向不可能一致，相位差不可能恒定。鈉光燈A鈉光燈B兩束光不相干！單色鈉黃光單色鈉黃光13激光光源是相干光源4、激光光源：受激輻射頻率，=(E2-E1)/hE1完全一樣E2（傳播方向，相位，振動(dòng)方向）145、由普通光源獲得相干光的途徑PS*分振幅法：·P薄膜S*兩束相干光在P

點(diǎn)相干疊加分波面法：15楊(T.Young)在1801年首先發(fā)現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象，并首次測(cè)量了光波的波長。楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)——第一個(gè)判定光性質(zhì)的關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)1.楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)2-2楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)16單色光入射r1r2xdxD0P·S1S2SGd>>，D>>d（d

10-4m，

D1m，

~10-3rad）P點(diǎn)的明暗決定于S1S2到P點(diǎn)的相位差17兩列光波的傳播距離之差：干涉加強(qiáng)干涉減弱18光干涉條件：19干涉條紋在屏幕上的分布：屏幕中央（k=0）為中央明紋其中k稱為條紋的級(jí)數(shù)012345-5-4-3-2-1相鄰兩明紋或暗紋的間距：

201.一定時(shí)，若變化，則將怎樣變化？討論212.條紋間距與的關(guān)系如何？

一定時(shí)，222、雙縫干涉光強(qiáng)公式設(shè)I1=I2

=I0，則光強(qiáng)為光強(qiáng)曲線k012-1-2I02-24-44I0sin0/d-/d-2/d2/dx0x1x223白光入射的楊氏雙縫干涉照片紅光入射的楊氏雙縫干涉照片24（1）一系列平行的明暗相間的條紋；

（3）中間級(jí)次低，兩邊級(jí)次高明紋：

k

，k=0,1,2…（整數(shù)級(jí)）暗紋：

(2k+1)/2（半整數(shù)級(jí)）（4）3、雙縫干涉條紋的特點(diǎn)（2）不太大時(shí)條紋等間距；白光入射時(shí)，0級(jí)明紋中心為白色（可用來定0級(jí)位置），其余級(jí)明紋構(gòu)成彩帶，第2級(jí)開始出現(xiàn)重疊（見教材例13-1）級(jí)次：k=25

例

楊氏雙縫的間距為0.2mm，距離屏幕為1m。（1）若第一到第四明紋距離為7.5mm，求入射光波長；（2）若入射光的波長為600nm，求相鄰兩明紋的間距。解264、其他分波面干涉實(shí)驗(yàn)要求明確以下問題：1、如何獲得的相干光；2、明、暗紋條件；

3、干涉條紋特點(diǎn)：4、勞埃德鏡實(shí)驗(yàn)，半波損失。形狀、間距、級(jí)次位置分布；271W21WBXe2dxrrDl菲涅耳雙面鏡分波面干涉sWlldxrD1s2ssWM12Me28菲涅耳雙棱鏡分波面干涉WsW1l2Ws1s2ldxrDDd291W勞埃德鏡分波面干涉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。p2l30n1n2折射波反射波半波損失*當(dāng)光從折射率大的光密介質(zhì)，正入射于折射率小的光疏介質(zhì)時(shí)，反射光沒有半波損失。*當(dāng)光從折射率小的光疏介質(zhì)，正入射或掠入射于折射率大的光密介質(zhì)時(shí)，則反射光有半波損失。有半波損失*折射光沒有相位突變?nèi)肷洳╪1n2折射波反射波入射波沒有半波損失31附加光程差：12P比較從薄膜不同表面反射的兩束光相位突變：當(dāng)兩束光都是從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)界面反射（n1>n2>n3)或都是從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)界面反射時(shí)（n1<n2<n3)，兩束反射光之間沒有附加的光程差。

當(dāng)一束光是從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)界面反射而另一束是從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)界面反射時(shí)，即n1<n2>n3或n1>n2<n3，則兩束反射光之間有附加的光程差/2。322-3光程設(shè)光在折射率為n的介質(zhì)中傳播的幾何路程r

。包含的完整波個(gè)數(shù):真空中的幾何路程：光程：光在介質(zhì)中傳播的幾何路程r與該介質(zhì)折射率n的乘積nr

。光程的物理意義：光在介質(zhì)中經(jīng)過的路程折算到同一時(shí)間內(nèi)在真空中經(jīng)過的相應(yīng)路程。33真空中：··rab

介質(zhì)中：··abnr介質(zhì)—

介質(zhì)中波長—真空中波長為方便計(jì)算光經(jīng)過不同介質(zhì)時(shí)引起的相差，引入光程的概念。結(jié)論：光程是一折合量，它是在相位改變相同或傳播時(shí)間相同的條件下，把光在媒質(zhì)中傳播的路程折合成在真空中的路程。34為介質(zhì)中與路程r相應(yīng)的光程。這表明，光在介質(zhì)中傳播路程

r—真空中波長傳播路程nr

引起的相位差相同。我們稱nr由此得到關(guān)系：【例】計(jì)算圖中光通過路程r1和r2在P點(diǎn)的相差。nS1S2r1r2dP·和在真空中35薄透鏡、近軸光線時(shí)不產(chǎn)生附加光程差

物點(diǎn)到象點(diǎn)（亮點(diǎn)）各光線之間的光程差為零。Sacb··SFacb·ABCFacb·ABCF在干涉和衍射裝置中經(jīng)常要用到透鏡，近軸光線經(jīng)過薄透鏡后并不附加光程差。焦點(diǎn)F、F

都是亮點(diǎn)，說明各光線在此同相疊加。而A、B、C或a、b、c都在同相面上。BF，CF說明AF，各光線等光