《分波面双光束干涉》ppt课件

1、分波阵面方法分波阵面方法分振幅的方法分振幅的方法获得相关光的途径方法获得相关光的途径方法pS *分波面法分波面法分振幅法分振幅法p薄膜薄膜S S * *从同一波阵面上的不同部分产生次级波相关从同一波阵面上的不同部分产生次级波相关 利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅较小的两束相关光较小的两束相关光1.3.1 光源和机械波源的区别光源和机械波源的区别光源光源-能发射光波的物体能发射光波的物体 1. 光源发光机制：光源的最根本发光单元是分子、原子，光源发光机制：光源的最根本发光单元是分子、原子，光源发光本质是原子振动辐射电磁波。光源发光本质是原子振动辐射电磁

2、波。 = (E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射波列波列波列长波列长L = c秒秒810 1.3 1.3 分波面双光束干涉分波面双光束干涉从发光机制上，可以将光源分为两大类从发光机制上，可以将光源分为两大类: : 普通光源：以自发辐射为主导位置普通光源：以自发辐射为主导位置 激光器：以受激辐射为主导位置激光器：以受激辐射为主导位置1 1 普通光源：自发辐射普通光源：自发辐射独立独立(不同原子发的光不同原子发的光)独立独立(同一原子先后发的光同一原子先后发的光) 发光的随机性发光的随机性 发光的间隙性，每次发光的间隙性，每次 发发光时间约光时间约108秒秒热热光光源源即：普通光源中各

3、发光原子是不相关原子，各自独立即：普通光源中各发光原子是不相关原子，各自独立的，原子发光在时间上是延续性的，随机的，每次发的，原子发光在时间上是延续性的，随机的，每次发光时间约光时间约108秒，在同一时辰，各个原子发射的光秒，在同一时辰，各个原子发射的光波，其初位相和矢量的振动方向各不一样。波，其初位相和矢量的振动方向各不一样。结论：普通光源各个发光原子，发射的既不是同位相的光波，结论：普通光源各个发光原子，发射的既不是同位相的光波，也不是具有恒定位相差的光波，振动方向各不一样，是自然也不是具有恒定位相差的光波，振动方向各不一样，是自然光，这样的发光机制称自发辐射。光，这样的发光机制称自发辐射

4、。所以，普通光源的光波特点：所以，普通光源的光波特点：1 1原子振动时随机的发出原子振动时随机的发出“有限长的波列有限长的波列2 2各波列之间没有恒定的位相关系，即：每个波列的初位相各波列之间没有恒定的位相关系，即：每个波列的初位相各不一样。各不一样。3 3自然光自然光:E:E矢量振动方向包含与传播方向垂直的一切能够的矢量振动方向包含与传播方向垂直的一切能够的振动方向。振动方向。两个独立的光源不能够成为一对相关光源两个独立的光源不能够成为一对相关光源缘由：原子发光是随机的，间歇性的，两列光波的振缘由：原子发光是随机的，间歇性的，两列光波的振 动方向不能够一致，位相差不能够恒定。动方向不能够一致

5、，位相差不能够恒定。钠钠光光灯灯A钠钠光光灯灯B两束光两束光不相关！不相关！ (2) (2) 激光光源：受激辐射激光光源：受激辐射 = (E2-E1)/hE1E2 完全一样完全一样(频率频率,位相位相,振动方向振动方向,传播方向传播方向)相关光源相关光源激光器中各发光原子彼此是相关原子，能步伐一致地激光器中各发光原子彼此是相关原子，能步伐一致地振动而发光，虽然原子每次发光是间歇式的，但每次振动而发光，虽然原子每次发光是间歇式的，但每次继续发光时间比较长继续发光时间比较长(10-4 秒秒)结论：激光器发射的是同位相的各波列有恒定的结论：激光器发射的是同位相的各波列有恒定的位相关系光波，波列长度较

6、长。位相关系光波，波列长度较长。 综可知：在两个通常独立的光源中，综可知：在两个通常独立的光源中，或甚至在同一发光体的不同部分，它们或甚至在同一发光体的不同部分，它们是不相关的。是不相关的。 2.机械波源：其振动在察看时间内通常机械波源：其振动在察看时间内通常是继续进展，不能中断，因此它们之间是继续进展，不能中断，因此它们之间的位相关系可以坚持不变，所以独立的的位相关系可以坚持不变，所以独立的机械振源普通是相关的。机械振源普通是相关的。1.3.2 1.3.2 从普通光源获得相关光束的巧妙构思从普通光源获得相关光束的巧妙构思-典典型的干涉实验型的干涉实验( (一一) )巧妙构思分波阵面法巧妙构思

7、分波阵面法 限制普通光源的发光面，使之成为点光源或缝光源，那么限制普通光源的发光面，使之成为点光源或缝光源，那么其临近的发光原子是相关原子，就能发射同初位相的光波，其临近的发光原子是相关原子，就能发射同初位相的光波，然后经过一定安装然后经过一定安装, ,从同一点缝光源发出的同一波列的波从同一点缝光源发出的同一波列的波阵面上分别出的两列光波相遇后，必能产生干涉，这就是阵面上分别出的两列光波相遇后，必能产生干涉，这就是从普通单色光源获得相关光束的巧妙构思从普通单色光源获得相关光束的巧妙构思称为波阵面称为波阵面分割法获得相关光。从普通光源获得相关光的物理思想分割法获得相关光。从普通光源获得相关光的物

8、理思想-称为分波阵面法。称为分波阵面法。dyr00P( (二二) )、几种典型的分波面干涉实验、几种典型的分波面干涉实验1 1、杨氏实验、杨氏实验 杨氏实验是分波面干涉最著名的例子，分析杨氏实验是分波面干涉最著名的例子，分析杨氏实验，可了解分波面干涉的一些共同特点。杨氏实验，可了解分波面干涉的一些共同特点。 实验安装实验安装单色光入射单色光入射r1 r2 yr d ，r0 d d 10 -4m， r0 m杨氏实验安装如图杨氏实验安装如图光程差：光程差：sin12drrr相位差：相位差：2 明暗条纹满足的条件明暗条纹满足的条件明纹明纹), 2 , 1 , 0(sinjjd 暗纹暗纹 )2 , 1

9、 , 0(2) 1 2(sinjjd程差条件程差条件0sinrydtgdd代入代入位置条件位置条件)2 , 1 , 0(0jdrjy明纹明纹)0,1,2(j2) 1 2( 0drjy暗纹暗纹 条纹间距条纹间距: :dryyykk01r1 r2 ydyr00Pr y0yI y 一系列平行的明暗相间的条纹；一系列平行的明暗相间的条纹； 中间级次低，两边级次高；中间级次低，两边级次高； 条纹特点：条纹特点： 不太大时条纹等间距；不太大时条纹等间距； 白光入射时，白光入射时，0 0级明纹中心为白色级明纹中心为白色可用来定可用来定0 0级位置，其他级明纹构成彩带，级位置，其他级明纹构成彩带，第第2 2级

10、开场出现重叠为什么？级开场出现重叠为什么？， y白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片y0y1y21y2y 光强分布光强分布 cos22121IIIII假设假设 I1 = I2 = I1 = I2 = I0 I0 ，2cos420 II那那么么)2sin(d光强曲线光强曲线k012-1-2I02-24-44I0sin0 /d- /d-2 /d2 /d设狭缝设狭缝：振幅为：振幅为 ，光强为，光强为2s2I2A：振幅为：振幅为 ，光强为，光强为 1s1I1A迭加后迭加后 cos2212221AAAAA 双缝干涉条纹的静态分布：双缝干涉条纹的静态分布： (a)(a)外形：明暗相间直条纹

11、，光强相等。外形：明暗相间直条纹，光强相等。 (b)(b)屏中央为屏中央为0 0级明纹。级明纹。 (c)(c)条纹间距条纹间距dyr0双缝双缝动态变化规律动态变化规律 影响条纹挪动的要素主要有三个：光源变动；影响条纹挪动的要素主要有三个：光源变动；干涉安装变动；光程中介质的变化干涉安装变动；光程中介质的变化 干涉条纹的挪动规律同光程差的如何改动是息息相干涉条纹的挪动规律同光程差的如何改动是息息相关的，那如何分析条纹挪动规律呢？关的，那如何分析条纹挪动规律呢？ 有两种方法：有两种方法：a a、凝视干涉场某一点、凝视干涉场某一点P P，察看有多少个条纹移过该，察看有多少个条纹移过该点，由于每当光程

12、差点，由于每当光程差 (p) (p)增减一个波长增减一个波长，就有，就有一根干涉条纹移过一根干涉条纹移过P P点，所以条纹移过该点的条纹点，所以条纹移过该点的条纹个数个数N N与该点光程的改动量之间的关系为与该点光程的改动量之间的关系为 Np)(。b b、跟踪干涉场某一级条纹的挪动方向，看它挪、跟踪干涉场某一级条纹的挪动方向，看它挪动了多少间隔。动了多少间隔。结论：不论什么缘由，当干涉场结论：不论什么缘由，当干涉场P P点的光程差增大时，点的光程差增大时，P P点对应的干涉级次点对应的干涉级次j j都要增大，干涉条纹向原干涉都要增大，干涉条纹向原干涉级次级次j j低的方向挪动；反之，当低的方向

13、挪动；反之，当P P点光程差变小时，点光程差变小时，P P点对应的干涉级点对应的干涉级j j要降低，干涉条纹将向原干涉级要降低，干涉条纹将向原干涉级次次j j高的方向挪动。高的方向挪动。xdyypybNr0)(d2s1s1r2rp0p0rt 未贴薄片：未贴薄片： 为零光程差处为零光程差处2s0p 贴薄片：贴薄片： 为零光程差处为零光程差处 2sp零光程差处挪动零光程差处挪动cmppy10两列光经过狭缝前已有光程差两列光经过狭缝前已有光程差tntnt) 1( p两列光经过狭缝后到两列光经过狭缝后到 点的光程差点的光程差021rydrrp 为零光程差处为零光程差处0)() 1()() 1(2112

14、rrtnrrtn021) 1(rydrrtnmmyndt21067. 1105006 . 05 . 0) 1(问题问题 假设薄片贴在假设薄片贴在 处，条纹如何挪动？处，条纹如何挪动？1s例题例题- p25页页 讨论讨论 干涉问题分析的要点干涉问题分析的要点:1 1、搞清发生干涉的光束；、搞清发生干涉的光束； 2、计算光程差；、计算光程差； 4、求出光强公式、画出光强曲线。、求出光强公式、画出光强曲线。3 3、搞清条纹特点：、搞清条纹特点： 外形、外形、位置、位置、级次分布、级次分布、条纹挪动等；条纹挪动等；作业：作业：1-1、1-22 2、菲涅耳双面镜、菲涅耳双面镜 实验安装实验安装虚光源虚光

15、源 和和 发出的光为相关光，在相遇区发出的光为相关光，在相遇区域阴影部分发生干涉。域阴影部分发生干涉。 1s2sS1S2SdL2M1MCPldoy 明暗条纹满足的条件明暗条纹满足的条件由几何关系知，由几何关系知， 、 、 在以在以 为圆心，半径为为圆心，半径为 的圆上的圆上1s2ssrcsin2rd dr02211,MssMss21sss( (圆周角圆周角) )221scs( (圆心角圆心角) )S1S2SdL2M1MCPldoy)2, 1 ,0(jddjy明纹明纹)0,1,2(j2)1 2( ddjy暗纹暗纹位置条件位置条件参照杨氏干涉的位置条件，得参照杨氏干涉的位置条件，得条纹间距条纹间距

16、ddyyyjj1 明暗条纹满足的条件明暗条纹满足的条件sin2ylrdsin2rlry激光作光源，激光作光源， 发平行光发平行光srlr条纹外形、间距、级次和杨氏干涉条纹一样。条纹外形、间距、级次和杨氏干涉条纹一样。 条纹分布区域在光线相遇的阴影区内。条纹分布区域在光线相遇的阴影区内。 条纹特条纹特点：点：例：氦氖激光发橘红光例：氦氖激光发橘红光A6328351）（条 mmy/21094. 410001094. 4113my94. 4sin23 3、洛埃镜、洛埃镜 实验安装实验安装M1SPPL0royd2S最小最小最小最小最大最大 条纹特点条纹特点 在光线相遇的阴影区内，干涉花样为与狭缝光源平

17、在光线相遇的阴影区内，干涉花样为与狭缝光源平行、等间距、明暗相间条纹。行、等间距、明暗相间条纹。 把屏幕把屏幕 移到和镜面相接触的位置移到和镜面相接触的位置 ， 和和 到接到接触点触点 的路程相等，似乎接触点应出现亮纹，实验现实的路程相等，似乎接触点应出现亮纹，实验现实是接触点是暗纹。是接触点是暗纹。PP1s2sL实验阐明实验阐明直接射到屏上的光直接射到屏上的光镜面反射到屏上的光镜面反射到屏上的光位相相反位相相反 直接射到屏上的光位相不变直接射到屏上的光位相不变 反射光的位相改动了反射光的位相改动了 半波损失半波损失 光从光疏介质射向掠射：入射角接近光从光疏介质射向掠射：入射角接近 光密光密介

18、质时，反射光的位相较之入射光的位相跃变了介质时，反射光的位相较之入射光的位相跃变了 。光从光密介质射向光疏介质时光从光密介质射向光疏介质时, ,反射光不产生半波损失。反射光不产生半波损失。90在相关光迭加的区域内：在相关光迭加的区域内： 取整数，取值范围由光线的迭加区域决议取整数，取值范围由光线的迭加区域决议 。 j 明暗条纹满足的条件明暗条纹满足的条件位置条件位置条件明暗条纹位置互换明暗条纹位置互换条纹分布区域在光线相遇的阴影区内条纹分布区域在光线相遇的阴影区内与杨氏实验比较与杨氏实验比较drjy0暗纹暗纹明纹明纹drjy2) 1 2( 0在相关光迭加的区域内：在相关光迭加的区域内： 取整数，取值范围由光线的迭加区域决议取整数，取值范围由光线的迭加区域决议 。 j 明暗条纹