光的干涉和干涉系统.ppt

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1、光的干涉和干涉系统现在学习的是第1页，共20页一一. . 光源光源光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子1. 1. 普通光源：普通光源：自发辐射自发辐射独立独立( (不同不同原子发的光原子发的光) )独立独立( (同一原子先后发的光同一原子先后发的光) )普通光源是一种非相干光源普通光源是一种非相干光源特点：同一原子发光具有瞬时性和间歇性、偶然性和随机性，特点：同一原子发光具有瞬时性和间歇性、偶然性和随机性，而不同原子发光具有独立性。结论：普通光源发出的光波不满而不同原子发光具有独立性。结论：普通光源发出的光波不满足相干条件，不是相干光，不能产生干涉现象。足相干条件，

2、不是相干光，不能产生干涉现象。现在学习的是第2页，共20页2. 2. 激光光源：激光光源：受激辐射受激辐射各发光原子的动作、步调是有秩序、有规则、彼此协调各发光原子的动作、步调是有秩序、有规则、彼此协调的。的。同一原子先后发射的各波列之间，以及空间上不同原子同一原子先后发射的各波列之间，以及空间上不同原子发射的各波列之间都具有确定的相位关系。发射的各波列之间都具有确定的相位关系。激光有很好的相干性。激光有很好的相干性。现在学习的是第3页，共20页二、干涉的应用二、干涉的应用v 研究光谱线的超精细结构研究光谱线的超精细结构v 精密计量长度精密计量长度v 检验光学零件各种偏差检验光学零件各种偏差v

3、 光学元件表面镀膜光学元件表面镀膜v 制造干涉滤波片制造干涉滤波片v 适应各种量度需要设计制造的各种干涉仪器适应各种量度需要设计制造的各种干涉仪器现在学习的是第4页，共20页三、相干光的获得三、相干光的获得原理：原理：将同一光源上同一点或极小区域发出的一束光分成两束，让它们将同一光源上同一点或极小区域发出的一束光分成两束，让它们经过不同的传播路径后，再使它们相遇，它们是相干光。经过不同的传播路径后，再使它们相遇，它们是相干光。方法：方法：分波阵面法：把光波的波阵面分为两部分分波阵面法：把光波的波阵面分为两部分分振幅法：利用两个反射面产生两束反射光分振幅法：利用两个反射面产生两束反射光现在学习的

4、是第5页，共20页1.1.分波阵面法分波阵面法 在同一波面上两固定点光源，发出的光产生干涉的方法为分波阵面法在同一波面上两固定点光源，发出的光产生干涉的方法为分波阵面法。如杨氏双缝干涉实验。如杨氏双缝干涉实验。pS * *分波面法分波面法现在学习的是第6页，共20页2.2.分振幅法分振幅法 一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两束光线产生干一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两束光线产生干涉的方法为分振幅法。如薄膜干涉、等厚干涉等。涉的方法为分振幅法。如薄膜干涉、等厚干涉等。分振幅法分振幅法p薄膜薄膜S S * *现在学习的是第7页，共20页 相干光的获得相干光的获得分波阵面法分波阵面

5、法分振幅法分振幅法薄膜干涉薄膜干涉杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉双棱（面）镜干涉双棱（面）镜干涉洛埃镜干涉洛埃镜干涉等倾干涉等倾干涉等厚干涉等厚干涉迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪牛顿环牛顿环劈尖干涉劈尖干涉增透膜增透膜增反膜增反膜现在学习的是第8页，共20页第二节第二节 光波干涉的条件光波干涉的条件一、光波干涉的条件一、光波干涉的条件两支蜡烛、两盏灯放在一起，同时照在墙壁上。两支蜡烛、两盏灯放在一起，同时照在墙壁上。无光强度明暗变化的干涉现象无光强度明暗变化的干涉现象 两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象，即使是同一个单色光两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象，即使是同一个单色光源的两部分发出的光，也

6、不能产生干涉。源的两部分发出的光，也不能产生干涉。无干涉现象无干涉现象现在学习的是第9页，共20页两个完全独立的没有关联的光波无论如何不会产生干涉，而只有当两个两个完全独立的没有关联的光波无论如何不会产生干涉，而只有当两个光波有紧密关联或当两个光波是由同一光波分离出来时，才会发生干涉光波有紧密关联或当两个光波是由同一光波分离出来时，才会发生干涉。（。（从光源本身的发光特性来解释从光源本身的发光特性来解释）光源中单个原子发光是光源中单个原子发光是间歇的，持续时间约间歇的，持续时间约1010-9-9秒秒。前后光波是。前后光波是完全独立的，初相位没有固定关系完全独立的，初相位没有固定关系。不同原子发

7、出的波列也如。不同原子发出的波列也如此。此。两个发光原子同时发出的波列形成的干涉图样只能在两个发光原子同时发出的波列形成的干涉图样只能在1010-9-9秒内秒内存在，另一时刻对应于另一位相差的干涉图样，只能记录到存在，另一时刻对应于另一位相差的干涉图样，只能记录到强度强度I I的某的某一时间平均值一时间平均值。现在学习的是第10页，共20页 考察两光波叠加区域内的某一点考察两光波叠加区域内的某一点P P的强度的强度 cos21211221AAIIIIII)()()(212121trkk1.1.非相干叠加非相干叠加 对普通光源来说，由于原子发光是间歇的、随机的、独对普通光源来说，由于原子发光是间

8、歇的、随机的、独立的，在观察时间立的，在观察时间 内，相位差不能保持恒定内，相位差不能保持恒定, ,变化次数极多变化次数极多, ,可取可取0 022间的一切可能值间的一切可能值, ,且机会均等。且机会均等。现在学习的是第11页，共20页于是非相干叠加时的光强为于是非相干叠加时的光强为 I=II=I1 1+I+I2 2可见，可见，在非相干叠加时，总光强等于两光源单独发出的光波在该在非相干叠加时，总光强等于两光源单独发出的光波在该处产生的光强之和，且光强是均匀分布的。处产生的光强之和，且光强是均匀分布的。 2.2.相干叠加相干叠加如果在观察时间如果在观察时间 内，相位差保持恒定内，相位差保持恒定,

9、 ,则合成光强则合成光强在空间形成强弱相在空间形成强弱相间的稳定分布。这是相干叠加的重要特征。间的稳定分布。这是相干叠加的重要特征。现在学习的是第12页，共20页)()()(212121trkk（1 1）频率相同）频率相同 否则两光波频率差引起随时间迅速变化的位相差的变化否则两光波频率差引起随时间迅速变化的位相差的变化（2 2）振动方向相同）振动方向相同 干涉项干涉项I I1212与与A A1 1、A A2 2的标量积有关。的标量积有关。（3 3）位相差恒定）位相差恒定 位相差保持恒值，该点强度稳定分布位相差保持恒值，该点强度稳定分布cos21211221AAIIIIII现在学习的是第13页，

10、共20页振动方向相同振动方向相同振动频率相同振动频率相同相位差保持恒定相位差保持恒定光程差不太大光程差不太大光强差不太大光强差不太大光程差不能太大，否则由同一波列分成的两个波列不能相遇光程差不能太大，否则由同一波列分成的两个波列不能相遇现在学习的是第14页，共20页二、光程和光程差二、光程和光程差1.1.光程光程 L L光的频率由光源确定。光速由媒质确定。光的频率由光源确定。光速由媒质确定。在真空中光的波长为在真空中光的波长为 ，光速为，光速为C C，进入折射率为，进入折射率为n n 的媒质中后，波的媒质中后，波长长 n n , , 光速为光速为 v v , ,由折射定律可知：由折射定律可知：

11、nrisinsinvCn现在学习的是第15页，共20页nrrn相当于真空中走的波程为：相当于真空中走的波程为：nr定义光程：定义光程：nrL 光程为光在媒质中传播的波程与媒质折射率的乘积。光程为光在媒质中传播的波程与媒质折射率的乘积。nr在媒质中光走的波程为在媒质中光走的波程为 r r，则传播了，则传播了 个波长，相当于个波长，相当于真空中传播的波长个数为：真空中传播的波长个数为： 光程的物理意义：光程的物理意义： 光程等于在相同的时间内光在真空中通过的路程。光程等于在相同的时间内光在真空中通过的路程。现在学习的是第16页，共20页 如果光线穿过多种媒质时，其光程为：如果光线穿过多种媒质时，其

12、光程为：r1n1r2n2rinirnnnnnrnrnrnL 2211niiirn1引入光程概念后，就能将光在媒质中通过的几何路程折算为真空中的引入光程概念后，就能将光在媒质中通过的几何路程折算为真空中的路程来研究。这就避免了波长随媒质变化而带来的困难。路程来研究。这就避免了波长随媒质变化而带来的困难。 现在学习的是第17页，共20页2.2.光程差光程差光程差为两束光的光程之差。光程差为两束光的光程之差。12LL =s2s1r2r1pn1n2n1r1- n2r2=s2S1p= r1s1pe1e2n1n2S2p= r2(r1-e1 +n1e1)- (r2-e2 +n2e2)现在学习的是第18页，共

13、20页 3.3.两束光干涉的强弱取决于光程差，而不是几何路程之差两束光干涉的强弱取决于光程差，而不是几何路程之差光程差与相位差的关系为：光程差与相位差的关系为：光程差与相位差的关系光程差与相位差的关系光程差每变化一个波长，相位差变化光程差每变化一个波长，相位差变化22则相位差为：则相位差为： 2光程差为光程差为 ，相位差为，相位差为 ；现在学习的是第19页，共20页不同光线通过透镜要改变传播方向，会不会引起附加光程差？不同光线通过透镜要改变传播方向，会不会引起附加光程差？ABCabcFA A、B B、C C 的位相相同，在的位相相同，在F F点点会聚，互相加强会聚，互相加强A A、B B、C C 各点到各点到F F点的光程都相等。点的光程都相等。AaFAaF比比BbFBbF经过的几何路程长，但经过的几何路程长，但BbFBbF在透镜中经过的路程在透镜中经过的路程比比AaFAaF长，透镜折射率大于长，透镜折射率大于1 1，折算成光程，折算成光程， AaFAaF的光程的光程与与BbFBbF的光程相等。的光程相等。解解 释释使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。?现在学习的是第20页，共20页