《大学物理：光学 光的干涉1 Opt.1-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理：光学 光的干涉1 Opt.1-1（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第4篇 波动光学 (Wave Optics)光学是研究 光的现象、光的本性 和 光与物质相互作用 的学科， 是物理学的一个重要分科。人类对光的研究已有3000余年的历史20世纪60年代激光问世后，光学有了 飞速的发展，形成了现代光学。光学通常分为以下三部分： 几何光学：以光的直线传播规律为基础 研究各种光学仪器的理论。波动光学：研究光的电磁性质和传播规 律，特别是干涉、衍射、偏振 的理论和应用。 量子光学：以光的量子理论为基础，研究 光与物质相互作用的规律。 限于学时，本课将只讲授波动光学与 量子光学的有关内容。 第22章 光的干涉(Interference of light)1 光源的发光
2、特性一.光源发光时间 t10-8秒n = (E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列波列长L = t c 辐射跃迁与波列 光源(light source)的最基本发光单元是分子、原子。 1.普通光源：自发辐射 独立(不同原子发的光) 独立(同一原子先后发的光)普通光源发光(自发辐射) 一个原子发光是间歇的 不同原子发光是独立的独立 指：前后发光间隔；频率； 相位关系； 振动方向； 传播方向2.激光光源：受激辐射n = (E2-E1)/hE1E2nnn 完全一样(频率、相位、振动方向) 激光光源发光(受激辐射) 二.普通光源获得相干光的途径p*S薄膜分振幅法p*S分波面法用普通光源获得相干光的典
3、型途径 分波面法(method of dividing wave front)分振幅法(method of dividing amplitude)2 双缝干涉干涉问题要分析：(1)相干光是谁(2)波程差(光程差)计算(3)条纹特点(形状、位置、分布、条数、 移动等)(4)光强公式、光强曲线一.双缝干涉pxDdr1r2dqlox1Ix0x -1xxDx缝平面观察屏S1S2 双缝干涉 双缝干涉 (double slit interference) 装置 单色光入射 D d (d 10-4m， D m)1.相干光相干光(coherent light)：S1、S2发的光。 2.相位差(波程差)计算波程
4、差d = r2 - r1 dsinq d tanq = d( )xD Dj = ( )dsinq2pl相位差 3.干涉条纹(1)条纹位置x = k ( ) ，Dld(k = 0,1,2,)d = kl明纹 d = (2k+1) l2x = (2k+1)( ) ，Dl2d(k= 0,1,2,)暗纹 每一条纹都对应着一定的波程差(相位 差)(如三级明纹对应的波程差为3l) 思考：如D、l不变，而d减小，某级条 纹的位置如何变化？(2)条纹特点形状：明暗相间的直条纹(平行于缝)0级亮纹+1级+2级-1级-2级Dx观察屏暗纹单色光入射时双缝干涉的条纹 分布：条纹均匀 分布DldDx =条纹间距 可由此
5、测l。级次(order)：中间条纹级次低。中央明纹(白)-1级-2级Dx观察屏1级2级Dx白光入射时双缝干涉的条纹 白光入射： 0级明纹为 白色 (可用 来定0级位 置)， 其余 明纹为彩色 条纹 (Dx l)。 思考：第2级条纹开始可能出现重叠， 双缝干涉条纹照片 为什么? 补充：条纹级次r2 - r1l某条纹级次 = 该条纹相应的 明纹： k (整数级) 暗纹： (2k+1)/2 (半整数级)二.光强公式 光强曲线1.光强公式由I = I1 + I2 + 2(I1I2)1/2cosDjI = 4I0cos2( ) Dj2 若I1 = I2 = I0 ，则有 Dj =( )dsinq2pl其
6、中 I0Dj2p-2p4p-4pk012-1-24I0x0x1x2x -2x -1sinq0(l/d)-(l/d)-2(l/d)2(l/d)双缝干涉的光强曲线 2.光强曲线 0级明纹+1级+2级-1级-2级观察屏暗纹0级明纹的中心双缝干涉的明纹很宽 实际明纹都有宽度，双缝干涉的明条纹 不细锐(对观测不利)。3 其他分波面干涉实验(自学 ) 其他分波面干涉装置 双面镜、 双棱镜、 洛埃镜重点搞清洛埃镜(Lloyd mirror)实验1.如何获得相干光2.明、暗纹条件3.干涉条纹特点(形状、间距、级次、 位置分布)4.洛埃镜实验说明了什么？4 空间相干性讨论：光源宽度对干涉条纹衬比度的影响。 一.
7、条纹衬比度(contrast)： V =Imax - IminImax + Imin1.衬比度(对比度、反衬度) DjIImaxImino2p-2p4p-4p(a) V1衬比度： V = 0 1 若I1 I2， 则Imax IminIoDj2p-2p4p-4p4I1条纹衬比度(对比度，反衬度) (TX-5-1-10)(b) V=1 有 V 1， 衬比度差。若I1 = I2 ， 则Imin = 0 有 V = 1，衬比度好 2.衬比度决定于如下因素(1)振幅比因Imax=(A1 + A2)2 ，Imin=(A1 - A2)2 1 + ( )22( )V =A1A2A1A2 衬比度 若 A1/A2
8、 =1， 则V =1 若 A1/A2 1， 则V 0(2)光源的宽度 光源宽度大 衬比度差(3)光源的非单色性 非单色性 衬比度下降干涉条纹反映光的全部信息，条纹的衬比 度包含振幅比的信息；条纹的形状、分布 反映相位差的分布。 全息照相和普通照相的不同。二.光源宽度对干涉条纹衬比度的影响doq qDBpdr2r1r1r2d H = (Db)/Bbx线光源位置挪动对干涉条纹的影响o单色线光源1.光源挪动对条纹的影响线光源挪动b相位差2plDj = (r2+r2) - (r1+r1)r2 - r1 = dsinq = dxDr2- r1 = dsinq = dbB 2plDj = + dxDdbB
9、 明纹位置 由 Dj = 2kp 有x = k( ) - ，DbBDld(k = 0,1,2,) 可见，条纹均向下平移了距离DbBH = Dx =Dld 相邻明纹间距仍为 2.两个线光源条纹的叠加单色线光源DBdooH = (Db)/BbxS1S2(a)光源：两平行的线光源S1、S2H12ooxI合成光强(b) 两个线光源的条纹 H12ooxI合成光强H = Dx/2Dx(c) 线光源S1、S2的条纹将错开H的距离如果错开的 H = Dx/2 屏上合成光强处处相同，条纹消失， 衬比度为零。 3.带光源情形xoo单色带光源DBdH = (Db)/BbSS(a)12xI合成光强ooH = DxH(b)带光源的条纹 光源：宽度为b的带光源带光源两侧的线光源S、S 的条纹错开的距离 H = Dx 时， 屏上合成光强处处相同，条纹消失， 衬比度为零。b带光源上半部下半部aa思考题图 思考：为什么现在H = Dx时条纹才 消失呢? 当H = Dx时，带光源上下两半部分上， 对应位置的两线光源 (如a、a) 的条纹 刚好错开Dx/2，叠加后条纹消失。 由此类推，带光源上半部产生的条纹 与下半部的条纹叠加后，屏上条纹消失。 4.光源的极限宽度 因条纹消失时H = DxH =DbBDldDx =，又
