第十二章光的干涉(张静).docVIP

第十二章 光的干涉 一、教学内容： 光的单色性；相干光源；光程和光程差；分波阵面法，双面镜、双棱镜、洛埃镜，杨氏双缝干涉。分振幅法，薄膜干涉；等倾干涉，等厚干涉；劈尖。牛顿环；迈克耳逊干涉仪，相干长度。 二、教学目的与要求： 【知识】陈述光学的发展历程和光的本性,陈述等倾干涉、等厚干涉的本质，陈述几种重要的干涉实验的基本原理，陈述迈克耳孙干涉仪的工作原理。 【理解】用自己的语言说出获得相干光的方法，用自己的话理解光程的概念以及光程差和相位差的关系，用自己的语言描述干涉的明暗纹条件和条纹特点。 【应用】根据双缝干涉的知识，在已知双缝的间距,双缝到屏的距离,以及明(暗)条纹间距的条件下，能够测量光的波长、介质的折射率以及微小的长度和长度的微小变化；根据光程和薄膜干涉的知识，在已知入射光波波长和薄膜折射率的条件下，能够测量薄膜的厚度；根据劈尖干涉与牛顿环的知识，在已知入射光波波长和两暗环半径条件下，能够测量平凸透镜的曲率半径并检查透镜的质量。 三、学时分配：8学时 四、教学重点： 光程、双缝干涉、薄膜等厚干涉。 五、教学难点： 光程差（特别涉及半波损失）的计算。 六、相关基础知识： 高中物理（第三册）：光的传播和光的波动性 大学物理学（上册）：机械振动和机械波 七、学生起点能力： 学生对光的直线传播，光的折射、全反射、干涉、衍射、偏振有定性了解 学生对机械振动和机械波的相关知识都有深入的理解和应用 八、教学方法与手段：讲授，讨论，实验演示相结合。 九、教学思路： 通过设问对高中干涉现象及其条件的回顾导入本课，讲解获得相干光的两种方法后，讲透光程概念。再介绍光程差、相位差以及光程差与相位差的关系的基础上，着重讲解干涉的明暗纹条件。 分波阵面的干涉着重介绍杨氏双缝干涉。介绍劳埃德镜的目的在于引出半波损失的概念。 分振幅干涉重点讲解薄膜等倾干涉和尖劈等厚干涉，在此基础上讲授牛顿环和迈氏干涉仪，通过讨论和应用举例加深其理解。 十、主要参考书： 1．《大学物理学》（2002年第一版），赵近芳主编，北京邮电大学出版社，2002年。 2．《普通物理学》（1982年修订本），程守洙、江之永编，朱永春修订，高等教育出版社，1982年。 3．《物理学》（第四版），东南大学等七所工科院校编，马文蔚改编，高等教育出版社，1999年。 4．《大学物理学》（第二版），张三慧主编,清华大学出版凯华 §12－1 光源 光的相干性 【教学内容】 光源的发光机制，光矢量，光的干涉现象，相干光的获得 【教学目标】 陈述光源的发光机制；陈述光矢量的概念；用自己的话说出光的干涉现象以及能推导出光的相干条件，用自己的话说出相干光获得的两种方法。 【学时分配】 1.0学时 【教学重难点】 光的相干条件，相干光的获得 【教学过程】 一、光源 1．光源的发光机理 能发射光的物体称为光源。按发光机制可分为普通光源和激光光源两大类。 普通光源的发光机制 每个分子或原子从激发态自发地辐射出光子，回到低激发态或基态。原子从高能级到低能级的跃迁过程经历的时间是很短的，约为10－8s，这也是一个原子一次发光所持续的时间。一个原子一次发光只能发出一段长度有限、频率一定、振动方向一定的光波，这一段光波对应一个波列，波列的长度约为1m。每个原子或分子发光都是断断续续的，即有间歇性。 ??另外，上述一列光波的发射都是偶然的，无相互联系，其频率、相位、振动方向也各不相同，因此普通光源发光还具有随机性和独立性。 (2) 激光光源的发光机制 ???? 激光是本世纪六十年代初期发展起来的一种新型人造光源。激光是受激辐射放大的光，处在高能态上的电子受到外界辐射场的诱发而跃迁到低能级，并随之而辐射发光。其特点是：在一个入射光子的作用下，辐射出与入射光同频率、同位相、同传播方向、同偏振态的大量光子。 激光具有单色性好、方向性好、亮度高、相干性好的特点。 受激辐射光放大是激光产生的基本机制。 二、光的单色性 光的颜色由光的频率决定，而频率一般仅由光源决定，与介质无关。 单色光（Monochromatic light）——只含单一波长的光，如激光 复色光——不同波长单色光的混合，如白光。 三、光矢量 1．光矢量（Photo Vecter） 光是一种电磁波，是电磁场中电场强度矢量与磁感应强度矢量周期性变化在空间的传播；我们知道电磁波谱按波长从大到小排列可分为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线。而其中只有可见光是能激起人视觉的电磁波。 实验证明，电磁波中能引起视觉和使感光材料感光的原因主要是振动着的电场强度，因而我们只关心电场的振动，并把电场的简谐振动称为光振动，电场强度称为光矢量。即光振