《第一章引言和光的干涉2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章引言和光的干涉2（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、作业:1.2, 1.3, 1.4, 1.5,1.1.5 相干与非相干叠加：,（1）两列波的扰动方向一致，或有方向一致的平行分量。如果正交，必然是非相干叠加。,P,一、相干叠加的三个条件:,光强,简谐波：,（2）频率相同是相干的另一条件。两列波若频率不同，必然为非相干叠加。,叠加原理：,光强：,是否为零决定了是否是相干叠加,0,（3）稳定的相位差，才能获得稳定干涉图样，它是干涉的条件之三。,P,1.2.1、相位差与光程差,P:,假设1、2二光源发出的两束光：频率相同，振动方向平行，相位差恒定,它们在P点引起分振动,1.2、光程与单色波叠加图样,旋转矢量图,合成后在空间形成强弱相间的稳定分布相干叠
2、加,即由位相差决定明暗条纹的位置,如何计算位相差,例:相干光源 a、b，初相相同 ，但到达场点c的过程中经过的介质不同。如图， c点的干涉结果如何？,c点的干涉结果取决于两相干光在c点的相位差,引进光程可方便地计算相干光的相位差,解：,由波函数,所以用真空中的波长 将上式化简,实际情况中往往给出的是该光在真空中的波长,光程差,1）光程 折射率与几何路程的乘积 等效真空路程,相位差与光程差的关系：,相位差分析：,P,发光的初始相位,1,2,S2,S1,相位差：,干涉条纹的稳定取决于此,3）产生明暗条纹的条件,用位相差判断,用光程差判断,相位差 = （2/） 光程差,1.2.2 干涉条纹形成：,R
3、1,R2,对称装置，R1R2,1.3 分波面双光束干涉,1.3.1 光源与机械波源的区别,光源-能发射光波的物体,光源的最基本发光单元是分子、原子等, = (E2-E1)/h,能级跃迁辐射,波列长L = c,原因：发光是随机的，间歇性的。 两列光波相位差不可能恒定。,两束光不相干！,光波的干涉,1800年，T.杨提出了反对微粒说的几条论据，首次提出干涉这一术语，并分析了水波和声波叠加后产生的干涉现象。杨于1801年最先用双缝演示了光的干涉现象（见杨氏实验），提出波长概念，并成功地测量了光波波长。他还用干涉原理解释了白光照射下薄膜呈现的颜色。 以干涉原理为基础的干涉计量术为人们提供了精密测量和检
4、验的手段（见干涉仪）,怎样利用普通光源获得相干光？,利用普通光源获得相干光的方法的基本原理是：把由光源上同一点同一次发的光设法分成两部分，然后再使这两部分叠加起来。由于这两部分光实际上都来自同一发光原子的同一次发光，它们满足相干条件而成为相干光。分开之后所走的路程不同，导致光波的相位不同，根据其差别分别产生干涉加强或者减弱。,光学系统0,光学系统1,光学系统2,P,S,与初始相位无关，对时间稳定。,S,P,光学系统0,光学系统1,光学系统2,分波前干涉,分振幅干涉,由普通光源获得相干光的途径（方法）有两类：,分波面法,如：杨氏双孔干涉,分振幅法，如：薄膜干涉,从同一波面上的不同部分产生次级波相
5、干,利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅较小的两束相干光,1.3.2 获得稳定干涉图样的条件,典型实验,1. 杨氏双缝干涉,一、杨氏双缝干涉实验,英国医生兼物理学家托马斯.杨（T.Young），在1801年首先成功地进行了光的干涉实验，这是最早从单一光源产生相干光的方法: 分波阵面法。,杨自幼天资过人，14岁就通晓拉丁、希腊、法、意、阿拉伯等多种语言。开始时学习医学，后来酷爱物理学，特别是光学和声学，一生在物理、化学、生物、医学、天文、哲学、语言、考古等广泛的领域做了大量的工作，但在科学史上他以作为物理学家而最著名。杨在行医时就开始研究感官的知觉作用，1793年写了第一篇关于视觉的论文，发现
6、了眼睛中晶状体的聚焦作用,1801年发现眼睛散光的原因，由此进入光学的研究领域。他怀疑光的微粒说的正确性，进行了著名的杨氏双孔及双缝干涉实验，首次引入干涉概念论证了光的波动说，又利用波动说解释了牛顿环的成因及薄膜的彩色。他第一个测定了7种颜色光的波长。1817年，他得知A.J.菲涅尔和D.F.J.阿拉果关于偏振光的干涉实验后，提出光是横波。杨对人眼感知颜色问题做了研究，提出了三原色理论。他首先使用运动物体的“能量”一词来代替“活力”，描述材料弹性的杨氏模量也是以他的姓氏命名的，他在考古学方面亦有贡献，曾破译了古埃及石碑上的文字。,英国物理学家，考古学家，医生。光的波动说的奠基人之一。1773年
7、6月13日生于米尔费顿，曾在伦敦大学、爱丁堡大学和格丁根大学学习，伦敦皇家学会会员，巴黎科学院院士。1829年5月10日在伦敦逝世。,分波前干涉杨氏干涉实验,二、双缝干涉区强弱分布,故有,举例：人眼对钠光（= 589.3 nm ）最敏感，能够分辨到 x =0.065 mm ，若屏幕距双缝的距离为 D = 800 mm，则,三、杨氏双缝干涉的光强分布,对双缝：,因为,所以屏幕上 P 点的光强为,杨氏双缝干涉光强分布,四、菲涅耳双镜,洛埃镜（1834年）,半波损失,n ( r2 - r1) + d （n n ）,光程 n r1,n ( r2 - d )+ nd,光程差 = n ( r2 - d )
8、 + nd - n r1,相差,思考题一,计算右图所示两光路的光程差及位相差。,例：,在杨氏双缝干涉的实验中，入射光的波长为， 若在缝S2上放置一片厚度为d、折射率为 n 的透明薄膜，试问：原来的中央明纹如何移动？如果观测到中央明纹移到了原来的 k 级明纹处，求该薄膜的厚度d.,解：,从S1和S2到屏幕上P点的光程差：,中央明纹相应于=0，其 r2-r1=(1-n)d0,可以看出，在放置薄膜于S2处后，中央明纹应下移。,没放置薄膜时，K级明纹位置满足：,放置薄膜后,本装置也可用于测量透明薄膜折射率,r1-r2=k,课堂思考：,（1）把整个装置浸入水中。,杨氏双缝干涉中，若有下列变动，干涉条纹将如何变化？,此时条纹变密,（2）把缝隙S2遮住，并在两缝垂直平面上放一平面反射镜,此时两束光的干涉如图所示， 由于S1光线在平面镜反射且有半波损失 ，因此干涉条纹仅在O点上方，且明暗条纹位置与原来相反。,条纹向中央收缩，条纹间距变密。,（3）将入射光由红光该为紫光,（5）将光源沿平行S1S2连线方向作微小移动。,图示S向下移动，此时 ，于是中央明纹的位置向上移动,（4）将光源沿平行SO连线方向作微小移动。,干涉图样不变,
