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1、光学的分类：光学的分类：（1）几何光学：以光的直线传播为基础，研究在）几何光学：以光的直线传播为基础，研究在 透明介质透明介质 中的传播问题。包括：直线传播定律、反中的传播问题。包括：直线传播定律、反 射折射定律。射折射定律。波动光学：以光的波动性为基础，研究光的波动光学：以光的波动性为基础，研究光的 干涉、衍干涉、衍 射、偏振。即：研究光的波动性。射、偏振。即：研究光的波动性。量子光学：以光和物质的相互作用所显示的粒子性为量子光学：以光和物质的相互作用所显示的粒子性为 基础。基础。（2）物理光学：）物理光学：第三章第三章 光的干涉光的干涉33.1 .1 描述光的基本概念描述光的基本概念描述光
2、的基本概念描述光的基本概念一、一、 光源、光源的发光特点光源、光源的发光特点光源：可以发光的物体。其分类：光源：可以发光的物体。其分类：（1）按发光机制可分为：普通光源、激）按发光机制可分为：普通光源、激 光光源。光光源。（2）按能量激发方式可分为：热光源、冷光源。）按能量激发方式可分为：热光源、冷光源。（3）按相干性可分为：复色光源、单色光源。）按相干性可分为：复色光源、单色光源。（4）按形状可分为：点光源、面光源等。）按形状可分为：点光源、面光源等。光是一种电磁波光是一种电磁波平面电磁平面电磁波方程波方程 真空中的光速真空中的光速可见光的范围可见光的范围 光矢量光矢量 用用 矢量表示光矢量
3、矢量表示光矢量, 它在引起人眼视它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用觉和底片感光上起主要作用 .1.光强：光的强度指单位面积上获得的平均光功率。光强：光的强度指单位面积上获得的平均光功率。 由坡印廷矢量由坡印廷矢量S 确定确定 即：即： 波的平均能流密度。波的平均能流密度。（1）单色光：具有单一频率的光。）单色光：具有单一频率的光。光的单色性与复色性光的单色性与复色性2.一般认为：一般认为：单色性较差单色性较差单色性较好单色性较好单色性极好单色性极好II0/2I0二、二、 光强与光的单色性光强与光的单色性对应的对应的 称为波长宽度称为波长宽度 结论结论: 绝对的单色光是不存在的绝对的单色光是
4、不存在的!！（2）复色光：由各种不同频率的光复合而成的光。）复色光：由各种不同频率的光复合而成的光。例如：白光既是由七种颜色的光复合而成。例如：白光既是由七种颜色的光复合而成。红光红光 紫光紫光波长：波长：7600 4000 频率：频率： =C/ 增加增加 在同一介质中：在同一介质中：n 增加增加 （3）获得单色光的方法）获得单色光的方法色色 散：散：滤波片：滤波片：设空间有两个同频的单色光源设空间有两个同频的单色光源S1 和和S2 它们发出的它们发出的光相交于空间一点光相交于空间一点P 。S1S2r1r2P 1, 2为初位相，为初位相，c/n为介质中的光速为介质中的光速其中：其中：如果两光矢
5、量的方向相同，则在如果两光矢量的方向相同，则在P点的合成光矢点的合成光矢量的值为：量的值为：三、三、 光的相干性光的相干性当两光束有恒定的当两光束有恒定的 位相差时合光强为：位相差时合光强为：其大小将由位相差决定其大小将由位相差决定, ,出现有些点加强有些点减弱出现有些点加强有些点减弱的现象的现象, ,这种现象称为光的干涉。这种现象称为光的干涉。 若两束光频率相同、光矢量方向相同、位相差恒定或若两束光频率相同、光矢量方向相同、位相差恒定或位相相同，这两束光在空间相遇时将产生干涉现象，称为相位相相同，这两束光在空间相遇时将产生干涉现象，称为相干光，满足此条件的光源称为相干光源。干光，满足此条件的
6、光源称为相干光源。四、四、 光程与光程差光程与光程差 对某一单色光，其频率一定。在折射率为对某一单色光，其频率一定。在折射率为n 的介质中的介质中光的波长为：光的波长为：因此在折射率为因此在折射率为n 的介质中光波传播的介质中光波传播x 在位相上在位相上（时间上）相当于在真空中传播（时间上）相当于在真空中传播nx 的距离。我们就把的距离。我们就把nx 称为在这种介质中的光程。相当于将光的传播都折算为真称为在这种介质中的光程。相当于将光的传播都折算为真空中的传播。空中的传播。光程差：光程差：例如：如图所示，求：例如：如图所示，求：A、B两点间的位相差两点间的位相差n1n2A Bd1d2两束相干光
7、在相遇点的位相差为：两束相干光在相遇点的位相差为：上式中，上式中，nr2-nr1 表示两相干光源到相遇点的光程的表示两相干光源到相遇点的光程的差值，称为光程差。差值，称为光程差。透镜不引起附加的光程差：透镜不引起附加的光程差：透镜不引起附加的光程差：透镜不引起附加的光程差：MSNABPQBSSMNAPQPSnxd五、五、五、五、 获得相干光的方法获得相干光的方法获得相干光的方法获得相干光的方法来自两个独立光源的光和来自同一个光源的不同部分来自两个独立光源的光和来自同一个光源的不同部分的光，不满足相干光的条件。而将光源发出的一束光分解为的光，不满足相干光的条件。而将光源发出的一束光分解为两束，在
8、经过不同的光程后相遇时，将满足相干条件，发生两束，在经过不同的光程后相遇时，将满足相干条件，发生干涉现象。干涉现象。分波阵面法：分波阵面法：使同一波阵面上的两点成为新的光源使同一波阵面上的两点成为新的光源分分 振振 幅幅 法：法：将一束光分解为两束光将一束光分解为两束光相干光的产生相干光的产生波阵面分割法波阵面分割法*光源光源振幅分割法振幅分割法 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。 杨自幼天资过人，14岁就通晓拉丁、希腊、法、意、阿拉
9、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。
10、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。 3.2 3.2 杨氏双缝实验杨氏双缝实验杨氏双缝实验杨氏双缝实验结果：结果：（1）关于）关于 P0对称的明暗相间的条纹，对称的明暗相间的条纹，P0为明纹。为明纹。（2）用不同单色光照射，明暗条纹的间距不等。且波长）用不同单色光照射，明暗条纹的间距不等。且波长 减少，条纹间距变窄。减少，条纹间距变窄。（3）若用白光照射，）若用白光照射，P0为白色，其两侧为对称的彩色条为白色，其两侧为对称的彩色条 纹。纹。
11、装置：如图所示。装置：如图所示。p0红光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片白光入射的杨氏双缝干涉照片白光入射的杨氏双缝干涉照片杨氏双缝干涉实验明、暗纹条件：杨氏双缝干涉实验明、暗纹条件：由光源由光源S1、S2发出的光到达屏发出的光到达屏E 上的任一点上的任一点P 的光的光程差为：程差为：在空气中，在空气中，n=1r2r1S1S2ODdPxx-d/2x+d/2E由相干加强和由相干加强和减弱的条件得减弱的条件得由几何关系：由几何关系：条纹间距条纹间距条纹间距条纹间距 与与与与 的关系的关系的关系的关系 ; ;d d、D D一定时，若一定时，若一定时，若一定时，若 变化变化变化变化 ，
12、则，则，则，则 x x 将怎样变化？将怎样变化？将怎样变化？将怎样变化？讨论讨论讨论讨论条纹间距条纹间距 明暗明暗条纹的位置条纹的位置白光白光照射时，出现照射时，出现彩色彩色条纹条纹暗纹暗纹明纹明纹 一定时，若一定时，若 变化，则变化，则 将怎样将怎样变化变化？1）2） 条纹间距条纹间距 与与 的关系的关系如何如何？ 一定时，一定时，杨氏双缝实验的缺点：杨氏双缝实验的缺点： 为了保证两个子波源的相干性，必须要求缝为了保证两个子波源的相干性，必须要求缝S很窄，这很窄，这将导致光强减弱，条纹不清；同时还要受衍射的影响。将导致光强减弱，条纹不清；同时还要受衍射的影响。 3.3 3.3 其它其它其它其
13、它分波阵面法干涉实验分波阵面法干涉实验分波阵面法干涉实验分波阵面法干涉实验（1）菲涅耳双面镜实验）菲涅耳双面镜实验光栏光栏AM1M2S1S2dlSOB平面镜平面镜M1 、M2间的夹角间的夹角很小，否则条纹太密，干很小，否则条纹太密，干涉现象不明显。涉现象不明显。要求：要求：P双镜实验光路图双镜实验光路图(2) 劳埃德镜劳埃德镜 半波损失半波损失 ：光从光速较大的介质射向光速较小的介质时：光从光速较大的介质射向光速较小的介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变了反射光的相位较之入射光的相位跃变了 ， 相当于反射光与相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失入射光之间附加了半个波长
14、的波程差，称为半波损失.PML（1）分析清楚哪两束光发生干涉；）分析清楚哪两束光发生干涉；（2）正确计算干涉点处的光程差（注意：）正确计算干涉点处的光程差（注意：当光从折射率当光从折射率小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，反射小的光疏介质射入折射率大的光密介质时，反射光有半波损失光有半波损失）；）；（3）计算并讨论干涉条纹的空间分布或分布的变化。）计算并讨论干涉条纹的空间分布或分布的变化。分析干涉问题的基本步骤分析干涉问题的基本步骤分析干涉问题的基本步骤分析干涉问题的基本步骤 例例1 以单色光照射到相距为以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上的双缝上,双缝与屏双缝与屏幕的垂直距离为幕的垂直距
15、离为1m. (1) 从第一级明从第一级明 纹纹 到同侧到同侧 的第四级明的第四级明 纹的距离为纹的距离为7.5mm,求单色光的波长求单色光的波长; (2) 若入射光的波长为若入射光的波长为600nm, 求求: 相邻两明纹间的距离相邻两明纹间的距离. 解解 （1）（2）例例2、用、用n=1.58的薄云母片覆盖杨氏双缝干涉装置的一条缝，的薄云母片覆盖杨氏双缝干涉装置的一条缝，这时接收屏中心被第五级亮纹占据。（这时接收屏中心被第五级亮纹占据。（1）若光源波长为）若光源波长为0.55m，求云母片的厚度；（求云母片的厚度；（2）若双缝相距）若双缝相距0.60mm ，屏与屏与缝的距离为缝的距离为2.5m，
16、求：求：0级明纹的中心所在的位置。级明纹的中心所在的位置。P5（2）干涉条纹中明纹的间距为：）干涉条纹中明纹的间距为：零级明纹在屏上的位置（到屏中心的位置）为：零级明纹在屏上的位置（到屏中心的位置）为：解：（解：（1）在第）在第k 级亮纹处两相干光的光程差为波长的级亮纹处两相干光的光程差为波长的k 倍。设云母片的厚度为倍。设云母片的厚度为e则两束光到达屏中央的则两束光到达屏中央的 光程差为：光程差为：例例3、将焦距为、将焦距为f 的透镜切去宽为的透镜切去宽为b = f /1000的中央部分，在的中央部分，在将两半粘合。如图所示。距透镜将两半粘合。如图所示。距透镜 2f 处放一波长为处放一波长为
17、 的单色的单色光源，在透镜的后焦面上放一屏。光源，在透镜的后焦面上放一屏。已知：已知：db， =5000，f = 100cm。求求：（：（1）屏上两相邻干涉条纹的距离；）屏上两相邻干涉条纹的距离； （2）屏上可能呈现条纹的最大数目。）屏上可能呈现条纹的最大数目。 （3）若屏放在）若屏放在 2f 以外以外 能否发生干涉？能否发生干涉？db解解: （1）如图所示，在屏上的干涉区域如图所示，在屏上的干涉区域O1 O2ffSS1S2O2O1屏屏b2f（2）如图，干涉区间）如图，干涉区间O1 O2= b（3）因为两个相干波源发出的光不能相）因为两个相干波源发出的光不能相 遇，所以不能发生干涉现象。遇，所以不能发生干涉现象。
