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(理学)大学物理2 第15章课件


分波面干涉法
分振幅干涉法
s1
光源 *
s2
杨氏双缝干涉
薄膜干涉
补充:光程和光程差
设光的频率为,在真空中的速度为c,波长为, 在折射率为n的介质中的速度为v,波长为' ,则
c v
n c v
介质中的波长
n
分析:光分别在真空和介质中 传播相同的距离D,相位变化?

2
k 1, 2, 3,
x (2k 1) D k 1, 2, 3,
2d
——B点处出现暗条纹。k = 1,2,……对应暗纹为
第一级,第二级,……暗纹。
3、波程差为其它值的点,光强介于最明与最暗之间。 因此上述两条纹分别是明纹中心和暗纹中心。
4、相邻两明纹(或暗纹)中心间的距离为:
相位差 2k 时,干涉加强 I 4I1
相位差 (2k 1) 时,干涉减弱 I 0
三、普通光源发光微观机制的特点 普通光源的发光机制——自发辐射

En


跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
E h
1
2
P
t : 108 ~ 1010 s
普通光源发光特点: 原子发光是断续的,
解:加透明薄片后,①光路的光程为
r e ne r (n 1)e
1
1
P点是中央明纹,两
S1
光路的光程差应等于0
S
d
Δ r2 r1 (n 1)e 0
S2
r2 r1 (n 1)e
过 l 的路程所需的时间为 l / v,在相同的时间内光在 真空中传播走过的路程为:
c l u

c v

l

nl
光程
即介质中某一几何路程的光程,等于光在与走这段
路程相同时间内在真空中走过的路程。
光程是一个折合量,在相位改变相同的条件下, 把光在介质中传播的路程折合为光在真空中传播的 相应路程。
2、光程差 n2r2 n1r1
r2 r1 k k 0, 1, 2,
xd
D
x k D
d
k 0, 1, 2,
——B点处出现明条纹。k = 0的明纹称为中央明纹,
k = 1,2,3,……对应明纹为第一级,第二级,第三
级,……明纹。
2、在B点发生干涉减弱的条件为


r2

r1

(2k
1)
Δx D
说明
d
x k D
d
1) 干涉条纹是等距分布的,且各级明、暗条纹对称 分布在中央明纹两侧。
2) 当D、 一定时,x与d成反比,d 越小,条纹分
辨越清。
3) 当D 、d 一定时,x与 成正比,波长大的相邻
条纹间距大,波长小的相邻条纹间距小。
、 D一定时条纹间距 x与 d 的关系
第十五章
波动光学
15-1 光的相干性 一、光的电磁理论
光是频率在一定范
围电内磁,波对谱人眼能产
生视觉的电磁波。
可见光的范围 : 400 ~ 760 nm
电磁波谱
• 电磁波是电场强度 E 与磁场强度 H 的矢量波
y
E
O
z
H
u
x
平面简谐 电磁波
• 电磁波是横波,E 和 H 互相垂直,且与波的传播
相位差与光程差的关系: 2 n2r2 n1r1 2


干涉加强: k, k 0,1, 2,
干涉减弱: (2k 1) , k 0,1, 2,
2
说明
一列光波如经两种媒质,则光程为
n
d
n
S
r
P n(r d) nd
15-2 杨氏双缝干涉 一、杨氏双缝实验
跃变,这一跃变相当于反射光与入射光这间附加了半 个波长的波程差,故称作半波损失。
例1 如图双缝,已知入射光波长为,将折射率为
n 的劈尖缓慢插入光线 2 中,在劈尖移动过程中,问
1)干涉条纹间距是否变化? 2)条纹如何移动?
解:1)条纹 间距不变。
2)无劈尖时
r1 r2 r2 r1 0
实验现象
明条纹
S1 S
S2
明条纹 明条纹 明条纹 明条纹
理论分析
B
r
S1
1
x
r

S
d
2
O
S2
D
由S1、S2发出的光波到B点的光程差为:
r2 r1 d sin
由图可知:x D tan 当 很小时 : sin tan


r2
r1

d
tan

xd D
1、在B点发生干涉加强的条件为
方向垂直。

光矢量
• 能够引起视觉的是 E 矢量。
• 真空中电磁波的传播速度(光速)
c 1 2.998108 m/s
00
二、光的相干性 干涉现象是一切波动所具有的共同特性。 两列光的相干条件 1) 频率相同 2) 存在平行的光振动分量 3) 在相遇点相位差恒定 两列光相干叠加时干涉加强与减弱的条件
s1
S
s2
r1 r1
r2 r2
o o
e
O点为零级明纹位置
有劈尖时 (r2 e) ne r1
零级明纹位置下移
r1 (r2 e) ne
例2 在双缝实验中,入射光的波长为550nm,用一厚 e =2.85×10-4cm的透明薄片盖着S1缝,结果中央明纹移 到原来第三条明纹处,求透明薄片的折射率。
d、 D一定时,x随 的变化
用白光做光源时,除中央明纹是白光外,其它各级
条纹是彩色的,紫在内红在外;不同级次的条纹可能 发生重叠。
三、劳埃德镜
P'
P
s1
d
s2
M L 在L处为一暗纹
D
结论: 当光波由光疏介质(折射率较小)射向光密介质(折射
率较大)时,被光密介质反射的光在反射点有相位 的
真空

n
真空中: 2 D
介质中: 2 D 2 nD


即在介质中光线经过D 距离所发生的相位改变, 等于真空中经过nD所发 生的相位改变。
1、光程:光在某一介质中行进的几何路程 l与该介
质的折射率 n 的乘积 n l 叫做光程。
光程的意义:
设光在介质n中的传播速度为v ,在此种介质中走
每次发光形成一长度
有限的波列, 各原子 各次发光相互独立,
各波列互不相干。
激光光源——受激辐射
单色激光光源不同原子所 发的光具有相干性
E2
完全一样

E1
E2 E1/ h
(频率、相位、 振动方向、传播 方向都相同)
激光束干涉实验
获取相干光的方法:把光源上同一点发出的光设法 分成两部分,然后再使这两部分叠加起来。
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