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1、今天是2018年9月21日星期五,大学物理课件,福州大学至诚学院,-光的相干性.光程,大学物理教研室 李培官,第十一章. 波动光学,11-1.光的相干性.光程,1.电磁波谱,电磁波谱,可见光的波长范围390 nm 760 nm,一.光是一种电磁波,电场强度的振动方向称为光的振动方向。,由于对人眼和感光器件起光化学作用的是电场,光波的振动方向：,2.光波是特定频率范围内的电磁波,光矢量：,光波中的电场强度矢量,电场强度矢量的周期性变化,光振动：,3.可见光-指真空中波长为40007600 的电磁波。,红 橙 黄 绿 青 兰 紫,光是横波,介质中（透明）,真空中,光矢量：电场强度,【光的颜色与频率
2、、波长对照表】,光强：,1. 光波的叠加,式中：,二.光的相干性,若 恒定，则干涉项：,(1) 干涉加强,(2) 干涉减弱,如果,如果,2.相干叠加,若 在时间内等概率地分布在0 2, 则干涉项：,如果,相干条件,相干光源: 同一原子的同一次发光.,4.相干条件、相干光源,(1)频率相同,(2)相位差恒定,(3)光矢量振动方向平行,3.非相干叠加,普通光源：,普通光源的发光机制：,1. 普通光源的发光机理,除激光源之外的各种发光物体；,其发光机制是自发辐射,三.普通光源不是相干光源,2)随机性：,1)间歇性：各原子发光是断断续续的，平均发光时间t 约为10-8 s，所发出的是一段长为L =ct
3、 的光波列。,每次发光是随机的，所发出各波列的振动方向 和振动初相位都不相同。,2.普通光源的发光特点,3.结论：两独立光源发出的两束光不产生干涉现象。普通光源不是相干光源。,把同一波列设法分成两部分所获得的两列光波才是相干光,如何获得相干光？,复制,相干光,独立(同一原子先后发的光),P,S *,P,薄膜,S *,两束相干光在 P 点相干叠加,四.相干光获得的方法,原则：将同一光源同一点发出的光波列，即某个原子某次发出的光波列 分成两束，使其 经历不同的路径 之后相遇叠加。,方法：分波面杨氏双缝干涉，菲涅耳双棱镜，洛埃镜。 分振幅薄膜干涉（劈尖干涉，牛顿环）。,分波面法,分振幅法,1.1.杨
4、氏双缝(分波面法),1.2.菲涅耳双镜(分波面法),P,M,当屏幕P 移至B 处，从 S 1 和 S 2 到B 点的几何距离差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射时有半波损失存在。,1.3. 劳埃德镜(分波面法),2.1.薄膜干涉(分振幅),2.2.空气劈尖(分振幅),当光在 某一媒质中（n）传播、通过路径 r 时，振动相位的改变量为,定义：若光在折射率为n 的介质中传播的几何距离为r ， 则光程为 nr 。,物理意义： 光在媒质中传播的路程 r 等效于相同时间内在真空中能够传播 nr 的路程。,1、光程：,五.光程与光程差,2.3.牛顿环(分振辐), 在两种媒质中，两束光的光程相同时,传播的时
5、间也相同。,光程：把光在媒质中传播的路程按相位的变化相同或传播的时间相同的条件折合成等效真空中的路程。,证,【例】如图S1和S2为两个相位相同的相干光源，发出的光经过不同路径在点P相遇。求两光束的光程差和相位差。 解：,由其光程差引起的相位差为,光程差 ：,如果光在折射率为n的媒质中传播时的速度为v，在 时间内传播的路程为r，利用 可得光程为,可见光程是媒质中传播的路程折合到真空中同一时间内光传播的相应路程。,3、光程的性质, 在不同媒质中,两列光的光程相同时其相位变化也相同。,证明:设两种媒质的折射率为n1 , n2 ,传播的几何距离分别为r1, r2,则相位的变化量分别为,当n1r1=n2
6、r2时，相位变化,2、光程差及其与相位差的关系:, 在两种媒质中，两束光的光程相同时,传播的时间也相同。,光程：把光在媒质中传播的路程按相位的变化相同或传播的时间相同的条件折合成等效真空中的路程。,证,【例】如图所示，S1和S2为两个相位相同的相干光源，发出的光经过不同路径在点P相遇。两光束的光程差为,由其光程差引起的相位差为,3.理想透镜不产生附加光程差,薄透镜不产生附加光程差。,结论：当用透镜观测干涉时,光线的传播方向可以改变,不会带来附加的光程差。这称为薄透镜的等光程性,【例1】 在S2P间插入折射率为n、厚度为d的媒质,求：光由S1、S2到P的相位差 。,解：,问：原来的零极条纹移至何
7、处？若移至原来的第 k 级明条纹处，其厚度 h 为多少？,【例2】.已知：S2 缝上覆盖的介质厚度为 h ，折射率为 n ，设入射光的波为,解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差,当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：,所以零级明条纹下移,原来 k 级明条纹位置满足：,设有介质时零级明条纹移到原来第 k 级处，它必须同时满足：,【例3】在图示的双缝反射实验中，若用半圆筒形薄玻璃片（折射率 n1=1.4 ）覆盖缝 S1，用同样厚度的玻璃片（折射率 n2=1.7）覆盖缝 S2，将使屏上原来未放玻璃时的中央明条纹所在处O变为第五级明纹。设单色光波长 =480.0nm，求玻璃片的厚度 d。,解：覆盖玻璃前,覆盖玻璃后,则有,Tips for Better Life for 2014,欢迎指导,今天是2018年9月21日星期五,谢谢,
