理科物理光学2讲述.pptVIP

2011-12-04 刘庆国-光的干涉 * 小 结 2、原子发光的特点： 不同原子发光频率不同、振动方向不同，不满足相干条件； 同一原子先后两次发光位相差不恒定，不满足相干条件； 原子发光是断续的，每次发光波列长度有限，约 3、获得相干光的方法： 把原子一次发光的波列分为两束 分波阵面法 分振幅法 频率相同、振动方向相同、位相差恒定 1 、相干条件 4、杨氏双缝实验 (1)、干涉图样----明暗相间等间距的平行条纹 (2)、明条纹中心的位置 (3)、暗条纹中心的位置 (4)、条纹间距 要 求 1、理解光源发光的特点，理解两个普通光源不相干的道理； 2、理解获得相干光的方法-----分波阵面法、分振幅法； 3、掌握杨氏双缝实验的基本装置，及干涉条纹位置的计算； 例题-1 杨氏双缝实验中，d = 0.2mm D =1.0m 已知 2 级明条纹的位置 x2 = 6.0mm (2)、若改用 ，则条纹间距如何? (1)、求：波长、条纹间距? 得 波长常用单位换算 例题-2 杨氏双缝实验 白光照射 求：能看到几级完整光谱? 解：干涉极大的位置 2 级和 3 级光谱重叠 只能看到完整的 1 级光谱 22-2-6 双缝干涉条纹的衬比度 设两相干光源在屏上P点产生光振动振幅分别为： 在P点的位相差为： 屏上P点合振动振幅为： 则有 22-2-6 双缝干涉条纹的衬比度 光强正比于振幅的平方 定义干涉条纹的衬比度 22-2-6 双缝干涉条纹的衬比度 当 时 此时 为最大值，条纹清晰 22-2-6 双缝干涉条纹的衬比度 当 时 此时 条纹模糊 22-3 其他分波阵面的干涉 杨氏双缝实验的缺点：条纹亮度低、光强弱 22-3-1 菲涅耳双棱镜实验 菲涅耳(法)1788-1827 22-3-2 菲涅耳双面镜实验 P 点 ，应该是明纹，但实际却是暗纹！ 实验证明：光也具有半波损失！ 22-3-3 洛埃镜实验 22-4 光的非单色性对干涉条纹的影响 原子发光是断续的， 每次发光持续时间约 波列长度有限 一个长度有限的波列，实际是许多频率不同的简谐波叠加而成。 所谓“单色光源”发光，不是只有一个单一频率(或者波长)，而是有一定的频率范围或波长范围，称为准单色光。 称为谱线宽度，即强度等于最大强度一半时的波长范围 愈小，光的单色性愈好 22-4 光的非单色性对干涉条纹的影响 设准单色光的干涉条纹从第 k 级开始重叠 则最大光程差 考虑 得 只有两束光光程差小于 时才能观察到干涉条纹，因此 称为相干长度 22-5 光源大小对干涉条纹的影响 光源宽度b 光源平面上每一点都在观察屏形成独立的干涉条纹，这些干涉条纹在屏上是非相干叠加的。 理论上可以得出 22-5 光源大小对干涉条纹的影响 光源宽度b 较小时的条纹 光源宽度b 较大时的条纹 22-5 光源大小对干涉条纹的影响 当普通单色光源的宽度b 一定时，预观察到干涉条纹，杨氏双缝的宽度必须小于某一定值 称为相干间隔 定义 称为相干孔径 22-6 光程和光程差 当一条光路中有另一种媒质存在时，两列波的位相差=? 对一定频率的单色光，在不同的媒质中传播时，频率不变，但波长会发生改变。 在真空中 在媒质中 光波每传播一个波长的距离，位相改变 在媒质中传播距离 e 位相的改变 光在媒质中传播 e 距离的位相变化，与在真空中传播 ne 距离位相变化相同。将 ne 称为光程。 光在媒质中的传播距离，按位相变化相同，折算为光在真空传播的路程。 光程的物理意义： 22-6 光程和光程差 光程差 两列相干波的光程之差 位相差 光程差与条纹移动 光路中没有媒质时，两波源 S1、S2 到达M 点的光程差等于 0，M 点为 0 级条纹的位置； 光路中有媒质时，M 点的光程差不为 0，M 点不再是 0 级条纹的位置。 22-6 光程和光程差 P 点的光程差 当 P 点为新的 0 级条纹位置，条纹的位置发生移动。 ( n –1 )e 每增加一个波长，P 点向上移动一条条纹。 移动条纹数 条纹移动的距离： 当 e 增加时，r2 - r1 增加，P 点向上移动； 22-6 光程和光程差 透镜与光程差 平行光经透镜汇聚于焦点 F，形成亮点，说明 5 条光线在 F 点处干涉加强，5 条光线至 F 点光程相等。 光路中的透镜只改变波的传播方向或波面的形状，不产生附加的光程差。计算光程差时可以不考虑光路中透镜。 结 论 22-6