光源发光特性

1、光源发光特性1 光源的发光特性一. 光源（light source） 光源的最基本发光单元是分子、原子 = (E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列波列长L = c光源冷光源：利用化学能、电能、光能发光。热光源：利用热能发光；下页退出返回2光源发光特性1. 普通光源：自发辐射独立(不同原子发的光)独立(同一原子先后发的光)2. 激光光源：受激辐射 = (E2-E1)/hE1E2完全一样(频率,位相,振动方向,传播方向)独立指：前后发光间隔 频率（对非单色光源） 相位关系 振动方向 传播方向上页下页退出返回3光源发光特性 当复色光通过三棱镜时，由于不同频率的光在玻璃中的传播速度各不相同，折射率

2、也不同，因此复色光中不同频率的光将按不同的折射角分开，形成光谱。这种现象称为色散。单色光的获得：复色光狭缝分析复色光滤光钠光光源二. 光的单色性 具有单一频率的光称为单色光。 由各种不同频率复合的光称为复色光。上页下页退出返回4光源发光特性三. 光的相干性 1. 两列光波的叠加p12r1r2(1)频率相同(2)有恒定的相位差(3)振动方向相同相干条件(1)加强条件 p点两振动同相时加强-相长干涉 = 2m (m = 0，1，2，)(2)减弱条件 p点两振动反相时减弱-相消干涉 = (2m +1) (m = 0，1，2，) 上页下页退出返回5光源发光特性2.普通光源获得相干光的途径pS *分波面

3、法分振幅法p薄膜S *上页下页退出返回杨氏双缝实验菲涅耳双镜实验洛埃镜实验薄膜的干涉劈尖的干涉牛顿环6光源发光特性2 双缝干涉 一.杨氏双缝干涉pr1r2xx0 xIxxDdo上页下页退出返回紫黄红白d ，D d (d 10 -4m, D m)7光源发光特性上页下页退出返回Pr1r2xxDdo波程差：1. 波程差8光源发光特性相位差：2. 明纹3. 暗纹 波程差：4. 条纹间距上页下页退出返回9光源发光特性(1) 一系列平行的明暗相间的条纹； (3) 中间级次低；明纹: k ，k =0,1,2,3(整数级)暗纹: (2k+1)/2, k =0,1,2,3(整数级) (4)5. 条纹特点：(2)

4、 x不太大时条纹等间距；某条纹级次 = 该条纹相应的 (r2-r1)/上页下页退出返回10光源发光特性例1：在杨氏双缝干涉实验中，设两缝间距离,屏与缝之间距离D=100cm，试求：（1）以波长为589010-10 m的单色光照射，第10级明条纹离开中央明条纹的距离；（2）第10级干涉明条纹的宽度；（3）以白色光照射时，屏幕上出现彩色干涉条纹，求第2级光谱的宽度。上页下页退出返回Pr1r2xxDdo11光源发光特性解：如图，两相干光的光程差： 则任一级明条纹离开中央明纹的距离（1）明条纹的光程差满足：取k=10，Pr1r2xxDdo上页下页退出返回12光源发光特性（2）第10级明条纹的宽度，则为

5、第9级和第10级暗条纹之间的距离，由暗条纹公式可知：任一级暗条纹离开中央明条纹的距离：上页下页退出返回13光源发光特性（3）因为白色光是由许多波长不同的单色光组成的复色光，各单色光干涉条纹离开中央明条纹的距离各不相同，x与波长成正比，则所以在同一级干涉光谱中，紫色光比红色光靠近中央明条纹，离开中央明条纹的排列次序为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红。第2级谱线宽度取k=2，有： ， 上页下页退出返回第2级谱线宽度14光源发光特性7. 洛埃镜实验6. 菲涅耳双镜实验上页下页退出返回15光源发光特性3 光程和光程差一. 光程、光程差dababndn媒质 n媒质中波长光程 : L = nd 真空中波长上页下

6、页退出返回媒质中真空中16光源发光特性n1n2nmd1d2dm光程差 ： = L2 - L1例2：求P点处两列光波的相位差。S1S2r1r2dnp解: 相位差和光程差的关系：光程 L = ( ni di )上页下页退出返回17光源发光特性Pr1r2xxDdo上页下页退出返回例3：例1中，(1) 若把此双缝实验装置放到水中进行，则屏幕上干涉条纹如何变化？解：在水中时光程差为：所以明条纹位置和宽度分别为： ，所以x， 变小，干涉条纹将变密。18光源发光特性 解:设空气折射率为n1,由r1，r2发出的光到达P点时光程差为：光程差的改变量： 每移动一个条纹，光程差改变一个波长，有： Pr1r2xxDd

7、o未放云母片：放入云母片：上页下页退出返回(2) 在r1光路中放上厚为l，折射率为n的很薄的透明云母片，观察到屏幕上条纹移过20条，则云母片折射率为多少？(空气折射率 )19光源发光特性二.使用透镜不会产生附加光程差SacbS 物点到象点各光线之间的光程差为零上页下页退出返回20光源发光特性4 劈尖的干涉 牛顿环一. 劈尖（劈形膜）夹角很小的两个平面所构成的薄膜ennn A反射光2反射光1单色平行光(设n n )S12上页下页退出返回21光源发光特性ennnA反射光2反射光1入射光(单色平行光垂直入射)(设n n )A: 1、2的光程差光程差可简化为图示情况计算。实际应用中,大都是平行光垂直入

8、射到劈尖上。考虑到劈尖夹角极小, 反射光1、 2在膜面的上页下页退出返回 光从光疏媒质射到光密媒质界面反射时，反射光有量值为的相位突变，即在反射过程中损失了半个波长。这种现象称半波损失。22光源发光特性Leekek+1明纹暗纹条纹间距上页下页退出返回明纹：暗纹：同一厚度e对应同一级条纹 等厚条纹光程差23光源发光特性Leekek+1明纹暗纹两式相减上页下页退出返回求：24光源发光特性二. 牛顿环 .S分束镜M显微镜oerR平晶平凸透镜暗环 o 牛顿环装置简图平凸透镜平晶光程差：(1)(k=1,2,)(2)明环：(k=0,1,2,)暗环：上页下页退出返回25光源发光特性第k个明环半径 第k个暗环

9、半径(k=1,2,)(k=0,1,2,)明环：暗环：上页下页退出返回erR平晶平凸透镜暗环 o26光源发光特性三. 等厚条纹的应用1. 劈尖的应用 测波长：已知、n，测L可得 测折射率：已知、，测L可得n 测细小直径、厚度、微小变化h待测块规标准块规平晶 测表面不平度等厚条纹待测工件平晶上页下页退出返回27光源发光特性2. 牛顿环的应用测透镜球面的半径R： 已知 , 测 m、rk+m、rk，可得R 。测波长： 已知R，测出m 、rk+m、rk， 可得。 检验透镜球表面质量标准验规待测透镜暗纹上页下页退出返回 暗环半径(明环亦有此式）28光源发光特性5 薄膜的干涉 ennn ni rA21一、光

10、束1、2的光程差：BS D C上页下页退出返回得29光源发光特性二、明纹三、暗纹上页下页退出返回倾角i 相同的光线对应同一条干涉条纹 等倾条纹。30光源发光特性L fPo r环 ennn niSiii 上页下页退出返回四、等倾条纹1 形状:一系列同心圆环3 条纹级次分布: e一定，5 波长对条纹的影响:4 膜厚变化时,条纹的移动：2 条纹间隔分布: 内疏外密31光源发光特性例4：用入射光=500nm的光照射在厚度均匀的透明塑料薄膜上，若在反射角为60的位置上看到明条纹，此明条纹为第10级明纹。已知薄膜的折射率。（1）试问这是等厚干涉还是等倾干涉，有哪两条光线产生干涉？（2）求此薄膜的厚度e。（

11、3）此厚度能看到的最高级次？解：（1）因为厚度均匀，而对应不同入射角i，得到不同干涉条纹，同一倾角有同一条干涉条纹，所以是等倾干涉。当光线照射到薄膜上时，在膜的上表面有反射光线，在膜的下表面有反射光线，此两条光线为相干光而产生干涉，形成等倾干涉条纹，即为明暗相间的同心圆。 上页下页退出返回32光源发光特性因为其中光线在反射时有半波损失，而光线无半波损失，所以有附加光程差；n2为膜的折射率，n1为空气的折射率（取为1）。 （2）此两束光线的光程差：对明条纹：当i=60时，看到第10级明条纹取k=10， 上页下页退出返回33光源发光特性（3）看到明条纹的最高级次 由上式可知在等倾干涉中i减少k 增

12、大 ，当i=0时，k为最大值 。即能看到最高级次为第13级明纹。上页下页退出返回34光源发光特性例5：在某些光学玻璃上，镀上一层薄膜后可以增强反射，称为增反膜。在折射率为的玻璃上，镀上一层折射率为的透明介质膜。在镀膜的过程中用波长=600nm 的单色光，从上方垂直照射到介质膜上。当介质膜的厚度逐渐增加时，透射光的强度发生时强时弱的变化。试问，当观察到透射光强度第三次出现最弱时，介质膜已镀了多厚？ 解：在薄膜上、下表面的 两束反射光束 、 所示的光程差：上页下页退出返回35光源发光特性因为透射光第三次出现最弱，相应于反射光第三次出现最强，所以干涉级k取3，这时膜的厚度： 透射光减弱相当于反射光加强，所以有：（k=1,2,3,）上页下页退出返回36光源发光特性6 迈克耳逊干涉仪一. 仪器结构、光路二 . 工作原理光束2和1发生干涉 若M1、M2平行 等倾条纹 若M1、M2有小夹角 等厚条纹十字叉丝等厚条纹若M1平移d 时，干涉条移过N条，则有：三. 应用：微小位移测量测折射率M12211S半透半反膜