大學(xué)物理-第十一章光的干涉

波動光學(xué)光的干涉光的衍射光的偏振

光學(xué)研究光的傳播以及它和物質(zhì)相互作用。通常分為以下三個部分：幾何光學(xué)：以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)，

波動光學(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

波動光學(xué)和量子光學(xué)，統(tǒng)稱為物理光學(xué)。光程、光程差真空中通過距離d需要時間:··dabλ媒質(zhì)中通過距離d需要時間:··abndλn媒質(zhì)t=d/c第11章幾何光學(xué)的基本概念定義光程:L

=nd…………n1n2nmd1d2dm

光程

L=

(nidi

)這說明:光在媒質(zhì)中通過距離d需要的時間,等于光在真空中通過距離nd需要的時間.為了便于比較,把媒質(zhì)中傳播的距離d折合到真空中為nd光程差：

=L2-L1費馬原理在一條光線上的兩點之間，光沿著光學(xué)長度最短的路徑傳播。光沿需要時間最短的路徑傳播。光傳播的實際路徑是使光程取極值的路徑。AB透鏡不引起附加的光程差A(yù)B焦平面

真空中波長為的單色光，在折射率n

的透明介質(zhì)中從A傳播到B，兩處相位差為3

，則沿此路徑AB間的光程差為相位差為3的兩點幾何距離為1.5介，

介A

B

n分析：例題（A）1.5（B）1.5n

（C）3（D）1.5/n

（A）1.5（A）1.5光程差為1.5

介n=1.5

光是一種電磁波

光矢量用矢量表示光矢量,它在引起人眼視覺和底片感光上起主要作用.平面電磁波方程電場強(qiáng)度的平方對觀測時間取平均光強(qiáng)：12.1干涉現(xiàn)象與相干條件一、光源光源發(fā)光，是大量原子、分子的微觀過程。

=(E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射波列波列長L=

c

能級、躍遷、輻射、波列持續(xù)時間

～10－8s1、普通光源：自發(fā)輻射··獨立（同一原子先后發(fā)的光）獨立（不同原子發(fā)的光）結(jié)論：普通光源發(fā)光具有獨立性、隨機(jī)性、間歇性(1)一個分子(或原子)在一段時間內(nèi)發(fā)出一列光波,發(fā)光時間持續(xù)約10－8~10－10s.(間歇性)(2)同一分子在不同時刻所發(fā)光的頻率、振動方向不一定相同。（隨機(jī)性、獨立性）(3)各分子在同一時刻所發(fā)光的頻率、振動方向、相位也不一定相同.(獨立性、隨機(jī)性)2、激光光源：受激輻射

=(E2-E1)/hE1

完全一樣

E2（傳播方向，頻率，位相，振動方向）激光光源能發(fā)出頻率,相位,振動方向,傳播方向相同的光3.光的單色性單色光具有單一頻率的光稱為單色光.各種頻率復(fù)合的光稱為復(fù)色光普通光源所發(fā)光為復(fù)色光,單色光源發(fā)光為單色光.激光為最好的單色光源.色散現(xiàn)象把復(fù)色光中各種不同頻率的光分開,形成光譜稱為光的色散.產(chǎn)生單色光的方法(1)利用色散;(2)利用濾波片;(3)利用單色光源;(4)激光。二、波的獨立性原理和疊加原理S2S1相遇區(qū)域中任意一點的振動，是每一列波各自單獨存在時所引起該點振動的合成。疊加原理：三、光的相干性1.干涉現(xiàn)象兩列光波相遇時,出現(xiàn)穩(wěn)定的明暗相間花樣稱為光的干涉現(xiàn)象.2.相干光能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的光叫相干光,它滿足:(1)頻率相同;(3)相位差恒定.(2)振動方向相同;一般兩獨立普通光源發(fā)出的光不是相干光(激光除外),只有同一光源,同一發(fā)光區(qū)域,同一時刻發(fā)出的光(即同一原子,同一時刻)才滿足相干條件.

3、兩列光波的疊加·P··12r1r2

1

2

E0E10E20干涉項：光矢量光強(qiáng)分布：P

非相干光：

I=I1+I2—非相干疊加

完全相干光：

相長干涉（明）（k=0,1,2…）相消干涉（暗）

(k=0,1,2…)4.普通獨立光源產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的方法使一光源上同一點發(fā)出的光,沿兩條不同的路徑傳播,然后再使它們相遇.PS*分振幅法：·P薄膜S*兩束相干光在P

點相干疊加分波面法：11.2楊氏雙縫干涉p實驗裝置一楊氏雙縫干涉實驗光程差

減弱加強(qiáng)相長干涉（明）（k=0,1,2…）暗紋明紋p實驗裝置明暗條紋的位置白光照射時，出現(xiàn)彩色條紋暗紋明紋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討論條紋間距1）條紋間距與的關(guān)系;若變化，則將怎樣變化？

一定時，明紋紅光入射的楊氏雙縫干涉照片

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，二雙縫干涉光強(qiáng)分布合光強(qiáng)干涉項若其中則光強(qiáng)分布圖紫光光強(qiáng)分布圖波長不同條紋間距不同紅光光強(qiáng)分布圖（1）一系列平行的明暗相間的條紋；

（3）中間級次低，兩邊級次高明紋：

k

，k=0,1,2…（整數(shù)級）暗紋：

(2k-1)/2（半整數(shù)級）（4）雙縫干涉條紋的特點（2）

不太大時條紋等間距；白光入射時，0級明紋中心為白色（可用來定0級位置），其余級明紋構(gòu)成彩帶，第2級開始出現(xiàn)重疊。級次：k=三洛埃鏡

半波損失：光從光速較大的介質(zhì)射向光速較小的介質(zhì)時反射光的相位較之入射光的相位躍變了，相當(dāng)于反射光與入射光之間附加了半個波長的波程差，稱為半波損失.PMLD直射光光程？反射光光程思考：與楊氏雙縫實驗比較干涉條紋有哪些相同、不同之處？解:(1)由明紋條件

以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上,雙縫與屏幕的垂直距離為1m.(1)從第一級明紋到同側(cè)的第四級明紋間的距離為7.5mm,求單色光的波長;(2)若入射光的波長為60