光的干涉課件

*

§1光源光波的疊加一.普通光源與激光光源光源的最基本的發(fā)光單元是分子、原子。（1）熱輻射（2）電致發(fā)光（3）光致發(fā)光（4）化學(xué)發(fā)光

光的干涉

*1.普通光源：自發(fā)輻射獨(dú)立（同一原子不同時(shí)刻發(fā)的光）獨(dú)立

（不同原子同一時(shí)刻發(fā)的光）··

=(E2-E1)/hE1E2自發(fā)輻射躍遷波列波列長L=tc

發(fā)光時(shí)間t

10-8s原子發(fā)光：方向不定的振動(dòng)瞬息萬變的初位相此起彼伏的間歇振動(dòng)*2

激光光源：受激輻射E1E2

=(E2-E1)/h

可以實(shí)現(xiàn)光放大;單色性好;相干性好。例如:氦氖激光器;

紅寶石激光器;

半導(dǎo)體激光器等等。完全一樣（頻率,相位,振動(dòng)方向,傳播方向都相同）*二.光的單色性實(shí)際原子的發(fā)光:是一個(gè)有限長的波列,所以不是嚴(yán)格的余弦函數(shù),只能說是準(zhǔn)單色光:

在某個(gè)中心頻率（波長）附近有一定頻率（波長）范圍的光。衡量單色性好壞的物理量是譜線寬度

理想的單色光：具有恒定單一波長的簡諧波，它是無限伸展的。例:普通單色光

:10-2

100A

激光：10-8

10-5

A

0

0II0I0

/2譜線寬度*三.光波的疊加---干涉“當(dāng)兩列(或幾列)滿足一定條件的光波在某區(qū)域同時(shí)傳播時(shí),空間某些點(diǎn)的光振動(dòng)

始終加強(qiáng)；

某些點(diǎn)的光振動(dòng)

始終減弱，在空間形成一幅穩(wěn)定的光強(qiáng)分布圖樣”，稱為光的干涉現(xiàn)象。

相干條件：(2)頻率相同(3)有恒定的位相差(1)振動(dòng)方向相同*兩列光波的疊加p···12r1r2P點(diǎn):其中：E0E1E2*

非相干光源I=I1

+I2

—非相干疊加

完全相干光源平均光強(qiáng)為：*

(m=0,1,2,3…)

相消干涉（暗）

(m=0,1,2,3…)極值條件

相長干涉（明）

明紋暗紋*相干光的獲得方法pS

*分波面法分振幅法·p薄膜S**SdD一、現(xiàn)象§2楊氏（Young)實(shí)驗(yàn)二、光強(qiáng)*SdD

明紋

暗紋三.波程差的計(jì)算*明紋位置暗紋位置四.明暗紋中心的位置和級(jí)次：2.條紋間距相鄰兩亮紋(或暗紋)之間的距離都是1.位置*(1)一系列平行的明暗相間的條紋；

(3)3.條紋特點(diǎn)：(2)

不太大時(shí)條紋等間距；

楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)第一次測定波長這個(gè)重要的物理量.(4)若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。在屏幕上x=0處各種波長的波程差均為零，各種波長的零級(jí)條紋發(fā)生重疊，形成白色明紋。*XId)若為白光入射，條紋兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋,干涉級(jí)高的條紋重疊。S1S2dDXOP-1級(jí)暗紋2級(jí)暗紋1級(jí)暗紋-2級(jí)暗紋1級(jí)明紋0級(jí)明紋-1級(jí)明紋2級(jí)明紋-2級(jí)明紋C*五、其它幾種兩光束分波前干涉裝置菲涅耳雙面鏡；菲涅耳雙棱鏡；洛埃鏡；比累對(duì)切透鏡等。基本原理分析與楊氏實(shí)驗(yàn)類似

1．分析是否是相干光波；

2．分析相干疊加區(qū)在何處；

3．分析干涉圖樣、條紋間距；

4．分析條紋可見度如何。

*1.

菲涅耳雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)EE`MNss1s2dBCp

*ABCM1M2s

點(diǎn)光源2.

菲涅耳雙面鏡干涉實(shí)驗(yàn)屏平面鏡*MAB屏P問題：

3.

洛埃鏡實(shí)驗(yàn).BAs1s2虛光源反射鏡點(diǎn)光源

當(dāng)屏移到位置時(shí)，在屏上的P

點(diǎn)應(yīng)該出現(xiàn)暗條紋還是明條紋？*媒質(zhì)1

光疏媒質(zhì)媒質(zhì)2

光密媒質(zhì)n1n2折射波反射波入射波

光在垂直入射（i=0

）或者掠入射（i=90°）的情況下，如果光是從光疏媒質(zhì)傳向光密媒質(zhì)，在其分界面上反射時(shí)將發(fā)生半波損失。折射波無半波損失。半波損失若n1<n2

*例.鈉光燈作光源，波長，屏與雙縫的距離D=500mm,(1)d=1.2mm和d=10mm,相鄰明條紋間距分別為多大？（2)若相鄰明條紋的最小分辨距離為0.065mm,能分辨干涉條紋的雙縫間距是多少？解｛1｝d=500mmd=10mm｛2｝雙縫間距d為*例1、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，P為屏上第五級(jí)亮紋縮在位置?，F(xiàn)將一玻璃片插入光源發(fā)出的光束途中，則P點(diǎn)變?yōu)橹醒肓翖l紋的位置，求玻璃片的厚度。P解、沒插玻璃片之前二光束的光程差為已知:玻璃插玻璃片之后二光束的光程差為*例1用白光作雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，能觀察到幾級(jí)清晰可辨的彩色光譜？解:

用白光照射時(shí)，除中央明紋為白光外，兩側(cè)形成內(nèi)紫外紅的對(duì)稱彩色光譜.當(dāng)k級(jí)紅色明紋位置xk紅大于k+1級(jí)紫色明紋位置x(k+1)紫時(shí)，光譜就發(fā)生重疊。據(jù)前述內(nèi)容有*

將

紅=7600?，

紫=4000?代入得K=1.1

因?yàn)閗只能取整數(shù)，所以應(yīng)取k=2這一結(jié)果表明：在中央白色明紋兩側(cè)，只有第一級(jí)彩色光譜是清晰可辨的。*

可見度V用來描述干涉圖樣中的強(qiáng)弱對(duì)比?！锟梢姸扰c振幅比的關(guān)系★

定義：

Imin=0→Vmax=1Imax=Imin→Vmin=01.可見度★可見度與雙光束干涉強(qiáng)度分布的關(guān)系

六、干涉條紋的可見度光波的時(shí)間相干性和空間相干性式中*

由于波長范圍內(nèi)的每一波長的光均形成各自一組干涉條紋，而且各組條紋除零級(jí)以外，其它各級(jí)條紋互相間均有一定位移，所以各組條紋非相干疊加的結(jié)果會(huì)使條紋的可見度下降2.光源的非單色性對(duì)干涉條紋的影響時(shí)間相干性

★圖示（a）為總的干涉條紋的光強(qiáng)分布；（b）為

間各波長的光的干涉條紋隨光程差變化*

可見度降為零時(shí)的干涉級(jí)與該干涉級(jí)

當(dāng)?shù)牡趈級(jí)與的第m+1級(jí)重合時(shí)，對(duì)應(yīng)的光程差，稱為相干長度

當(dāng)波長為的第j級(jí)與波長的第j+1級(jí)條紋重合時(shí)，條紋的可見度降為零，無法觀察到條紋。*★概念

由于光源總是具有一定的寬度的，可以把它看成由很多線光源構(gòu)成，各個(gè)線光源在屏幕上形成各自的干涉圖樣，這些圖樣間有一定的位移，它們的非相干疊加使總的干涉圖樣模糊不清，這就是光源的線度對(duì)條紋可見度影響的物理機(jī)理?！飯D示*