大学物理课件：12-2 光源 单色光 相干光

1、1一光的干涉12-2 光源 单色光 相干光12-3 双缝干涉12-4 光程与光程差12-5 薄膜干涉12-6 迈克尔孙干涉仪212-2 光源 单色光 相干光1.光源，相干光源发射光波的物体称为光源。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光源的发光机理： 原子吸收外界能量后处于不稳定的激发态，它在回到低激发态或基态的过程中向外发射光波。发射的光波是一段频率一定、振动方向一定、有限长度的光波列.3位相、振动方向独立（同一原子不同时刻发的光）频率、位相、振动方向独立 (不同原子同一时刻发的光)激光光源：受激辐射E1E2发射与外来光子完全一

2、样(频率、位相、振动方向、传播方向)的光子 = (E2-E1)/h 普通光源：自发辐射，即发光物质中各原子自发地、独立地辐射，各辐射光子的频率、位相、振动方向、传播方向没有确定关系，是不相干光.42. 可见光与单色光5单色光:具有单一频率的光波光是电磁波,可见光是能引起人的视觉的那部分电磁波准单色光:光波中只包含波长（频率）范围很窄的成分的光。谱线宽度光谱曲线强度4000紫7600红7.51014Hz3.91014Hz复色光:不同频率单色光的混合光任何光源发出的光都有一定的频率范围, 越小, 单色性越好63.1 任意两列频率相同振动方向相同的单色光波叠加p12r1r2设在相遇点P的振动表达式为

3、：3.相干光其中：光波中的电振动矢量 称为光矢量。E0E1E27 非相干光源 I = I 1 + I 2 非相干叠加 相干光源: 即：在观测的时间内，平均光强：频率相同，振动方向相同，相位差恒定。 满足相干条件的两束光叠加后, 合成光的光强不仅取决于两束光的光强，还与它们的相位差有关。8 (k = 0,1,2,3) 相长干涉（明）干涉图3.2 干涉现象的光强分布 相消干涉（暗） (k = 0,1,2,3) 空间不同位置相遇的两束相干光，其位相差不同。因此光强在空间重新分布，出现干涉现象。910 原则是“一分为二” ：把光源上同一点发出的光设法分成两部分，然后再使这两部分的光叠加起来。由于这两部

4、分光实际上来自同一发光原子的同一次发光，是相干光。通常采用如下两种方法获得相干光：4. 普通光源相干光的获得方法(1) 分波阵面法杨氏双缝干涉装置 从狭缝 S1S2发出的光是从S的同一波阵面分出的两束光. 11(2) 分振幅法123反射光束2和3是由光束1分出来的，是相干光薄膜干涉 光能量与振幅有关，所以称为分振幅法。薄膜干涉就是采用这种方法 121. 杨氏双缝实验12-3 双缝干涉托马斯 杨 1801年，英国人托马斯 . 杨成功地进行了一个判别光的性质的关键性实验。在观察屏上有与双缝平行、明暗相间的等间距条纹，这只能用光是一种波来解释.13 杨氏干涉的相干光来自同一列波面的两部分，是分波阵面

5、法获得的。杨氏双缝原理图：缝S，S1， S2很窄才能在屏上出现清晰的条纹14pr1r2xx0 xIxxDdod ，D d (d 10-4m, D m)杨氏双缝光路图：152. 干涉明暗条纹的位置2.1 波程差的计算设实验在真空（或空气）中进行，则波程差为：相位差转换为波程差来确定干涉条纹位置162.2 干涉明暗条纹的位置相邻明纹间距为：如果： 干涉相长，则P点处为明纹。k=0 对应 x=0 点，为中央明纹， 依次为一级、二级 明纹，各级明纹关于中央亮纹对称。各级明纹中心离中央明纹中心点的距离为：17若: 干涉相消，则P点为暗条纹。各级暗条纹中心离O点的距离为：相邻暗纹间距与明纹相同： 18(1

6、) 一系列平行的明暗相间的条纹； 2.3 条纹特点：(3) 条纹宽度x=Dd，单色光条纹间距(宽度)相等；可利用x、D和 d 求得光波长(2) 当平行光垂直照射双缝时，屏幕中央（x=0）为 明条纹，向两侧分布明暗相间的条纹；白光入射时，0级明纹中心为白色(可用来定0级明纹的位置)，其余级明纹构成彩带。同一级彩带内侧紫，外侧红；如下图中第2级开始出现重叠。(4) x，可见对于复色光，x0时明条纹有色散。 193. 菲涅耳双棱镜干涉实验EEMNss1s2dBCp杨氏双缝实验中，只有缝S，S1， S2很窄才能在屏上出现清晰的条纹。但光太弱，条纹不够明亮。在两波交叠区域出现干涉图样20ABCM1M2s

7、点光源4. 菲涅耳双面镜干涉实验屏平面镜光源S发出的波阵面被两块夹角很小的平面镜M1、M2反射，分成两部分，在AB屏上相遇，发生干涉.21ABCM1M2s点光源屏s1s2虚光源平面镜22ABCM1M2s点光源11屏s1s223ABCM1M2s点光源22屏s1s224ABCM1M2s点光源1122屏s1s2把相位相同的虚光源S1、S2比作杨氏双缝装置中的两条狭缝，那么，杨氏双缝干涉公式就可以用于菲涅耳双面镜干涉，25ABCM1M2s点光源1122屏s1s2rlD在两波交叠的阴影区域出现干涉图样26MAB屏P问题： 5.洛埃德镜实验.BAs1s2虚光源反射镜点光源 当屏移到 位置时，在屏上的P 点应该出现暗条纹还是明条纹？ 27MABBA屏P.s1s2 当屏移到 位置时，在屏上的P 点出现暗条纹。这一结论证实，光在平面镜表面反射时有相位 突变。 洛埃镜实验证明光在相对较密的介质表面反射时有半波损失。上述均属于分波阵面法干涉。28介质1 光疏介质介质2 光密介质n1n2折射波反射波入射波 光在垂直入射（i =0）或者掠入射（i 90）的情况下，如果光是从光疏介质传向光密介质，在其分界面上反射时将发生半波损失。即反射光的相位与入射光的相位相比有的突变，即反射光的波程附加了半个波长。 折射波无半波损失。半波损失若 n10)满足：因此: x1=0.225mm OB,将OA=3