11-1-1相干光、双缝干涉

第十一篇波动光学上一页目录下一页退出光的干涉光的衍射光的偏振光学几何光学：以微粒学说为基础，研究光在透明介质中的传播规律。波动光学：以光的波动学说为基础，研究光的干涉、衍射等规律。量子光学：以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用的规律。

波动光学一、光的本质：ZEuYHX引起视觉和化学效应的是电磁波中的电场强度矢量E，因此，常把E矢量称为“光矢量”。第十一章光的干涉（Interferenceoflight）§11.1相干光的获得光程可见光是波长在400~760nm的电磁波，是横波。二、电磁波谱电磁波：工业电无线电波微波X射线γ射线宇宙射线波长：~105104~

1

1

~

10-3(m)10-7~10-13

3×10-8

~10-1410-14~(m)10-3m~

770nm

760~400nm400~1nm

红外线可见光紫外线760400630600570500450430蓝红橙黄绿青紫147.503.955.004.765.266.006.676.98可见光波段550最敏感三.光源光源的最基本发光单元是分子、原子。任何发光的物体都称为光源按光的激发形式，发光类型可分为：

热致发光

电致发光

光致发光

化学发光

太阳、白炽灯

闪电、霓虹灯

日光灯管壁上的荧光粉、夜光表上的磷光

燃烧、萤火虫、鬼火

原子内部，电子由高能级跃迁到低能级时，释放能量，以光的形式向外发射

发光实质7ν1=(E2-E1)/h发光过程光波列波列长L=τc(τ≈

10-8s)a.

电子在不同能级间跃迁发射不同频率的光；

c.每一列光波列是长度有限、振动方向一定、振幅不变的正弦波；

d.普通光源发出的是大量毫不相关的光波列组成。

间歇性

无关性

b.

每次辐射的时间都很短，大约；

随机性

E1E2E3ν2=(E3-E1)/h普通光源发光特点1.普通光源：自发辐射独立(不同原子发的光)··2.激光光源：受激辐射ν=(E2-E1)/hE1E2ννν完全一样(频率,位相,振动方向,传播方向)独立(同一原子先后发的光)P21光束与波列Ei+1

ΔEi+1四.光的单色性（1）单色光：具有单一频率（波长）的光波（2）复色光：具有不同频率（波长）的复合光νEiΔEi·光谱线：表示强度与波长关系的曲线光谱线波长范围越窄——光的单色性越好严格的单色光是不存在的λ0λoII0I0/2Δλ谱线宽度五.光的相干性

1.相干光的干涉p···12r1r2P:

如果两束光：频率相同，振动（光矢量）方向平行，相位差恒定，这两束光称为相干光，合成后在空间形成强弱相间的稳定光强分布——相干叠加。

非相干光源

I=I1+I2—非相干叠加

完全相干光源

▲相干相长（明）(k=0,1,2,3…)

▲相干相消（暗）

(k=0,1,2,3…)φ1φ2φE0E10E20IoΔφ2π-2π4π-4π4I12.普通光源获得相干光的途径分波面法分振幅法·p薄膜S*IoΔφ2π-2π4π-4π相干叠加非相干叠加初相差恒为零pS

*相干光的获得方法

分割振幅法

分割波前法将光源上同一原子同一次发的光分成两部分,再使它们叠加.光的相干性与波列*光源六.光程、光程差

真空中频率

光速

波长

相同时间内传播的距离

改变相同的相位时传播的距离

媒质中··x=nrabλ··abnr媒质是一个折合量，在传播时间相同或位相改变相同的条件下，光在介质中传播的距离为r时，等价于在真空中传播距离为nr光程…………n1n2nmr1r2rmλ光程差：δ=L2-L1光程L=

Σ(niri)[例]·S1S2r1r2dnp求S1和S2传播到P点光程差。

[例]如图，S1、S2是两个光源，初相相同，两束光在P点相遇，求相位差。

p···12r1r2n1n2相位差和光程差的关系：相干时：P’P”S’P’P”等光程等光程S’焦点焦平面当s点移至无限远物点到像点各光线之间的光程差为零——等光程性说明：透镜不会引起附加光程差Sacb··S2025/3/27相干光满足的条件()光波源频率相同光波源振动方向平行光波源相位差恒定或相同光波源光强相同ABCD提交多选题5分2025/3/27光程差即为光的路程差（）正确错误无法判断ABC提交单选题5分§11.1.2双缝干涉

英国物理学家托马斯·杨，1801年获得光的干涉现象双缝干涉示意图§11.1.2双缝干涉

一、双缝干涉δr1r2θx单色光入射d>>λ，D>>d

光程差：xDdoθx0xIΔx0级明1级暗-1级暗2级暗-2级暗-1级明-2级明1级明2级明p·λ

暗纹第一级明纹第零级x=0,第一级条纹间距p·r1δλr2θxx0IΔxxDdo0级明1级暗-1级暗2级暗-2级暗-1级明-2级明1级明2级明θ(1)由一系列平行、明暗相间、等间距的直条纹构成；

条纹特点：-2-1012(2)条纹间距与波长成正比，与D成正比，与d成反比。实验装置一定,条纹间距与波长有关.波长一定,条纹间距随D和d而变.(3)白光照射，中央为白色，其他为由紫到红的彩色条纹。IoΔφ2π-2π4π-4π4I1IImaxIminoΔφ2π-2π4π-4π说明：1．两狭缝的宽度不同，对屏幕上的条纹有何影响？2．要想提高条纹的分辨率(即增加条纹间距)，可采用减小d或增加D的方法。

3．可以用此法测定光波的波长。明暗对比差明暗对比好p·r1δλr2θxxDdoθ解:

例：用折射率为n厚度为e的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条缝上，如果入射光波长为求：(1)两束光到达O点的相位差为多少？（2）要使O点为一级暗纹，（3）中央明纹怎么移动？

(1)光程差：(2)一级暗纹满足：e(3)中央明纹光程差为零：所以，中央明纹下移，下移距离为：用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d，双缝所在平面与屏之间的距离为D解：

最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光清晰的可见光谱只有一级。例：在400~760nm范围内，明纹条件为求：能观察到的清晰可见光谱(光谱不重叠)的级次。0级明纹1级明纹-1级明纹-2级明纹2级明纹二、其他分波阵面干涉实验1W21WBXe2dxrrDlsWlldxrD1s2ssWM12MeWsW1l2Ws1s2ldxrDDd3.劳埃镜劳埃镜实验结果与杨氏双缝干涉相似，但是：

下半区没有条纹，中央却是暗纹

半波损失：当光从光疏媒质(n小)垂直入射或掠射(入射角