第9章第1-2节光及光的干涉

第九章波动光学1、光学绪言2、相干光3、光的干涉:

杨氏双缝干涉、薄膜干涉

1、不同波长的光的命名及人眼敏感度红外(Infrared,IR)

紫外(ultravioletray,UVR)真空紫外Vacuumultravioletray一、光学绪言人眼对不同色光的视觉灵敏度是不同的，上图表示人眼对不同色光的相对灵敏度曲线。人眼对波长约为550nm的黄绿光最灵敏，对紫光和红光则灵敏度较低。光的颜色及互补色：单色光——只含单一波长的光实践中只能获得准单色光复色光——不同波长单色光的混合：白光白光是各种色光的混合体。各种波长成分的光的光强在很大的范围内连续分布。如果某两种色光混合后组成白光，则该两种色光称为互补色光。如红对绿、蓝对黄、橙对青等。若设法滤去白光中的某种色光，则剩下的是该种色光的互补色光，如在白光中滤去红光就得绿光，滤去紫光就得黄绿光。必须注意，属于互补色的两种色光并不是单色光。2、发光的物理机制光源

发射光波的物体。如太阳、蜡烛等。光是光源中大量的分子或原子的运动状态发生变化时所辐射出的电磁波。

电子从一个轨道跃迁到另一个轨道，原子或分子就从一个能态跃变到另一能态，同时伴随着能量的变化。电子在不同轨道之间跃变，原子向外释放或吸收能量。

电子沿着一个个分立的轨道绕核旋转，当电子在确定的轨道上运动时，原子具有确定的能量。Co元素原子从一个定态跃迁到另一定态，会发射或吸收一个光子，频率辐射频率公式波列每一个辐射光子称作一个波列每个波列持续时间约10-8s原子或分子的发光过程是彼此独立的、随机的光源发出的连续光波实际上是大量原子或分子发光的总效果。

相互独立的波列光的电磁理论——波动性：干涉、衍射、偏振光的量子理论——粒子性：光电效应、康普顿效应3、光的本性光本质是一种电磁波4、介质中的光速真空中的光速：c=3×108m/s介质中光的速度与折射率的关系：v=c/n5、介质中的波长6、光程光程差把光波在某一介质中通过的几何路程与该介质的折射率n的乘积称为光程，写为光在传输了一定光程后，相位变化为

平行平面膜反射1n2np1n光疏到光密反射光相位有变p

空气油膜玻璃2n3n1npp例一:玻璃3n1n例二:空气玻璃2npd反射界面不同反射条件下的附加光程差反射条件二、光的干涉现象1．什么是光的干涉现象两束光的相遇区域形成稳定的、有强有弱的光强分布。2．相干条件①振动方向相同②振动频率相同③相位相同或相位差保持恒定3．相干光与相干光源两束满足相干条件的光称为相干光相应的光源称为相干光源4．明暗条纹条件用相位差表示：明条纹：Δ=±2kk=0,1,2,…暗条纹：Δ=±(2k-1)k=1,2,3,…用光程差表示光程：我们把光波在某一介质中通过的几何路程与该介质的折射率n的乘积定义为光程（δ=nr）根据光程差与相位差的关系Δ=2δ/λ明条纹：δ=±kλk=0,1,2,…暗条纹：δ=±(2k-1)λ/2k=1,2,3,…5、相干光的获得1．普通光源的发光特点结论：普通光源发出的光波不满足相干条件，不是相干光，不能产生干涉现象。特点：同一原子发光具有瞬时性和间歇性、偶然性和随机性，不同原子发光具有独立性。.非相干（同一原子先后发出的光）非相干（不同原子发出的光）.5、相干光的获得2．获得相干光源的两种方法原理：将同一光源上同一点或极小区域发出的一束光分成两束，让它们经过不同的传播路径后，再使它们相遇，它们是相干光。方法：分波阵面法：把光波的波阵面分为两部分（杨氏双缝干涉）分振幅法：利用两个反射面产生两束反射光(牛顿环、薄膜干涉等)SE§杨氏双缝干涉一、杨氏双缝干涉托马斯·杨（ThomasYoung）英国物理学家、医生和考古学家，光的波动说的奠基人之一波动光学：杨氏双缝干涉实验生理光学：三原色原理材料力学：杨氏弹性模量考古学：破译古埃及石碑上的文字1、杨氏简介2、杨氏双缝干涉实验装置

1801年，杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个波阵面以锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现象。杨氏用叠加原理解释了干涉现象，在历史上第一次测定了光的波长，为光的波动学说的确立奠定了基础。3、双缝干涉的光程差两光波在P点的光程差为

δ=r2-r1r12=D2+(y-d/2)2

r22=D2+(y+d/2)2所以r22-r12=2yd即(r2-r1)(r2+r1)=2yd采用近似r2+r1≈2D光程差为δ=r2-r1=yd/Dr2r1OPxdS2S1D3、双缝干涉的光程差δ=r2-r1=yd/D4、干涉条纹的位置（1）明条纹：

δ=yd/D=±kλx=±kDλ/dk=0,1,2,…（2）暗条纹：

δ=yd/D=±(2k-1)λ/2

x=±(2k-1)Dλ/(2d)k=1,2,3,…5、干涉条纹的特点双缝干涉条纹是与双缝平行的一组明暗相间彼此等间距的直条纹，上下对称。（3）条纹间距：相邻明纹中心或相邻暗纹中心的距离称为条纹间距

Δx=Dλ/d①光源S位置改变：S下移时，干涉条纹整体向上平移，条纹间距不变。S上移时，干涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。②双缝间距d改变：当d增大时，Δx减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密。当d减小时，Δx增大，零级明纹中心位置不变，条纹变稀疏。6、讨论

Δx=Dλ/d（1）波长及装置结构变化时干涉条纹的移动和变化③双缝与屏幕间距D改变：当D减小时，Δx减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密。当D增大时，Δx增大，零级明纹中心位置不变，条纹变稀疏。④入射光波长改变：

当λ增大时，Δx增大，条纹变疏；当λ减小时，Δx减小，条纹变密。Δx=Dλ/d分振幅干涉1n3n2n膜层dsPsin传播光程差do21nd+ABBC()1nAD2n2222niisin1n2nsinrBdCABcosrtanAC2drDAACsini§分振幅干涉:薄膜干涉DCAirB平行平面膜反射1n2np1n光疏到光密反射光相位有变p

空气油膜玻璃2n3n1npp例一:玻璃3n1n例二:空气玻璃2npd反射界面不同反射条件下的附加光程差反射条件总光程差公式ld2l+k1k()2明纹暗纹若dod+d反射条件相同2-l0不同反射条件2dsin1n2ni222+平行平面膜反射光干涉的总光程差当入射光垂直照射在薄膜上时，入射角i=0l