大学物理光学--光的干涉 ppt课件

即：光具有波粒二象性
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§10.1 光的相干性
1、光的电磁理论要点
光速
光波是电磁波, 电磁波在真空中的传播速度
c
1
0 0
, 介质中 v
c
r r
而
c n r r v
1 nm =10-9 m
4
可见光的波长范围 400 nm — 760 nm
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光强 I ——电磁波的能流密度
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微粒说在相当长的时期内一直占统治地位。19世纪以 来，随着实验技术的提高，光的干涉、衍射和偏振等证明 光是一种波动，并且是横波，使光的波动说获得普遍的公 认。 19世纪后半叶，麦克斯韦提出了电磁波理论，证明光是 一种电磁波，形成了以电磁波理论为基础的波动光学。迈 克尔逊的实验证明：电磁波的传播不需要介质。 19世纪末到20世纪初，当人们深入到光与物质的相互作用 时，发现光电效应、康普顿散射等现象无法用波动学理论解 释，只有从光的粒子性（光子）出发才能说明。
§11-2
分波阵面干涉
—— 杨氏双缝干涉
T. Young
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1801年，英国人托 马斯 . 杨成功了一个 判别光的性质的关键 性实验。 在观察屏上有明暗 相间的等间距条纹， 这只能用光是一种波 来解释。 杨还由此实验测出 了光的波长。 相干光源s1,s2从同一波阵面上分出,分波阵面法获得的 光干涉
s1直接射出的光和 经平面镜反射的光 构成相干光
r1 r2
L
s1, s2 是相干光源,
等效杨氏的双缝。 把屏移到L处，因 r1 r2 ，L处本应是明纹，但实际是暗纹。 说明两相干光在L处有相位差 ,或有波程差 2。 进一步的实验表明： 光从光疏媒质射到光密媒质界面反射时，反射光有半波 损失。
（2） 一定，D大, d小，则 x大，条纹 分得开；
（3）D，d 一定， S 大,则 xk 大。白光入 射，同一级条纹(k 一定)，红在外紫在 内 彩色分布， 但中央明纹仍是白色。
s1 d s2

r1
r2
D
P x
o
2 级明纹 1 级明纹
0 级明纹
-1 级明纹
白光的双缝干涉条纹
D x d
r2
D
P x
o
x r2 r1 d sin d tan d D
k x d 当 D ( 2k 1)
干涉加强, x 处为明纹 k=0,1,2,…
2
干涉相消, x 处为暗纹 k=1,2,3,…
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式中 k 为条纹级次 ppt课件
明纹中心的位置
k 1
k 0
k 1
-2 级明纹
各单色光的 0 级明纹重合形成中央明 纹(白色) 各单色光的 1 级明纹错开形成彩色光谱 更高级次的光谱因重叠而模糊不清 ppt课件
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2、观察屏上的光强分布 (了解) P r2 x s1 r1 S d o s2
2 2
I 4I1
D
2
6 4 2
光波是电磁波, 包含 E和 H , 对人眼或感光物质 起作用的是 E, 称 E矢量为光矢量。 相对光强 I E 2 E是电场强度振幅
2、光源 光 是原子或分子的运动
状态变化时辐射出来 的 大量处于激发态的原子自发地 - 1.5 e V - 3.4 e V
跃迁到低激发态或基态时就辐 射电磁波（光波）。
立，相互间无任何联系。 由于微观辐射的这种随机性, 来自同一原子或分子先后发 出的各波列之间, 以及不同原子或分子发出的一系列波列之 间, 在振动频率、振动方向和相位上没有联系，不满足相干 条件。 对于来自两个光源或同一光源的两部分的光，显然不满足 相干条件, 叠加时不产生光的强弱在空间稳定分布的干涉现 6 ppt课件 象。
o
2
4 6 x
A A1 A2 2 A1 A2 cos
I I1 I 2 2 I1I 2 cos
I1 I 2
4 I1 cos 2
2
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当 2k 时，I 4 I1；当 (2k 1) 时，I 0
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3、洛埃镜实验
D xk k d
k=0,1,2,… 暗纹中心的位置
s1 S d

r1 r2
D
P x o
2 级明纹 1 级明纹 0 级明纹
s2
-1 级明纹 -2 级明纹
D xk ( 2k 1 ) 2d
k=1,2,3,…
相邻两明纹或暗纹间的距离
结论:
D x xk 1 xk d
（1）杨氏双缝干涉，条纹平行等距，明暗相间，中央是 0 级明条纹； 12 ppt课件
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杨氏双缝干涉
等间距条纹
S1 S S2
r1 r2
纵截面图
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1、双缝干涉的干涉条纹
实验中，一般 D 约 1m, 而 d 约10-4 m,即 D d S1 和 S2 是同相波源 1 2 屏上 P 点是明(加强），是 暗（减弱）决定波程差来自s1 S d s2
r1
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§10.3 光程与光程差
光在真空中经过路程r时相位改变为
2 2
波 动 光 学
第10章
光的干涉
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光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素
光的本性是什么？
两种不同的学说 ① 牛顿的“微粒说” 光是由“光微粒”组成 的。 特征：光的直线传播 、反射、折射等 ② 惠更斯的“波动说” 光是机械振动在一种所谓“以太”的 介质中传播的机械波。
特征：光的干涉、衍射和偏振等
- 13.6 e V
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波列
氢原子的发光跃迁
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原子发光的特性 间歇性 每个原子或分子的辐射是断续的、无规则的，每
次发光持续的时间约10-8s, 即每次只能发出一个有 限长的波列。原子发光后还可以受激发射第二个 波列, … 多样性 各原子发出光的 E , , 一般都不相同；
独立性 每个原子都是一个发光点,各个原子的发光彼此独
3、获得相干光的方法
用单色性好的点光源，设法把光分成两部分，然后再 叠加。（两部分光是取自同一原子的同一次发光） 通常采用下面两种方法:
分波阵面法 分振幅法
两相干光源从同一波阵面上分出 利用透明媒质上下表面对光的反射, 把入 射光的振幅分为两部分
单色光源 透明 分波阵面法
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薄膜 分振幅法
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