大学物理讲义13光的干涉

1、1、第12章光的干涉12-1光源光的相干性12-2杨氏双缝干涉12-3光路和光路差12-4薄膜干涉12-5尖锐的干涉牛顿环12-6迈克尔森干涉仪、2，12-1光源、光的相干性，另一方面，将光源发光的称为光源1、可以用发光的激发方式分开光源，利用热光源-白炽灯、碳火、太阳等内部发光。 冷光源-利用化学能、电能、光能发光，荧光、磷火、辉光等。 光学光源有热光源。 2、发光机构、热光源的发光过程是原子的外层电子能级迁移的过程。 相对于单一原子，一个外层的电子迁移时，频率一定，振动相位一定，振动方向一定的光波列，其持续时间约为10-8秒，发光的光波列的长度(l=c )为约数米的长度，3、原子发光是间歇

2、的，一次发出一个光波列，间歇时间约为约同一原子前后发光2次的光的频率、相位、振动方向不同(什么时候停止有随机性)。 )一原子前后发出的光波串具有的频率、相位、振动方向等具有随机性，彼此没有内在联系。 大量的原子(同一时刻)，不同原子发出的光相互独立，具有随机性。 发光的光的频率、相位、振动方向因原子而不同。 4、即，一个原子发出的光波列和另一个原子发出的光波列在频率、相位、振动方向等上没有内在关系，彼此完全独立。 大量原子的发光具有独立性、随机性。 白色光是指大量热原子发出的光，包含波长在0.4-0.76m范围内的所有可见光，光的振动相位包含0-2内的所有值，振动方向相对于传播方向对称分布。

3、5、人们获得单色光的方法： (I )利用光通过棱镜的分散现象提取(ii )用有选择性吸收的物质制备滤光片(iii )单色光源如钠灯、镉灯、汞灯等(iv )激光光源。 二、光的单色性和光的强度，一、光的单色性，白色光：普通的热光源发出的是混色光。 单色光：具有特定单一频率的光。 光单色性的测定是用光谱宽度来测定的。 另外，设一条光的中心强度为I0的波长为，则光强度下降到I0/2的两点处的波长差称为光谱宽度。 6、例如非常光泽的色布：2-3； 单色光源：1-0.1； 激光： 10-8。 所谓光振动，是指电场强度随时间周期性地变化。 2 .光强度、光学上以电场强度e为代表光振动，通常将e向量称为光向

4、量。 光的强度(即平均能量密度) IE02用光谱宽度表示光的单色性，越小单色性越好。7、3、光相干性、非相干性重叠： I=I1 I2 (例如，双手光柱重叠)、相干性重叠： I=I1 I2、1、波相干性、2、光相干性、普通热光源：两个独立光源、或同一光源的不同部分发生单色光源：两个独立的单色光源或来自同一单色光源的不同部分的光也不满足相干条件。 这是因为，假设8和2个单色光的空间的某点处的光向量分别为E1和E2，则在该点处的光向量的合计振幅为观察时间内人感受到的光强度I，9，因此在观察时间内经历了(2-1)0-2的所有数值。 I=I1 I2，这是指非相干叠加、观察时间：各种探针的响应时间和分辨率

5、时间。 人眼约为0.05s，现代高速光电记录器约为10-9s，但远远大于光矢量的振动周期-10-15s。 也就是说，用探针不能测量e的瞬时值。 这表示可见光的振动周期很小，典型的值包含约5106个振动周期。10、原则：将同一光源的同一点发出的光波串，即某原子存在时发出的光波串分成两部分，经过不同的路径相遇。 方法：分波面杨氏双缝干涉、菲涅耳双棱镜、罗埃镜。分振幅薄膜干涉(分尖干涉、牛顿环)。 3 .相干光的获取：11，1，杨氏双缝干涉，1 .装置和现象，12-2杨氏双缝干涉，这两行波在空间上重叠干涉，屏幕上出现明暗条纹(与狭缝s1和s2平行)。 s的光波透过S1和S2的狭缝，根据惠更斯的原理，

6、S1和S2可以看作是两个新小波源的通常单色平行光通过狭缝s (形成圆柱) 1801年，英国人托马斯杨首次从实验中获得了两行相干光波得到相干光的方法(分波面的方法)，s是普通的光源，大量的分子、原子发出各自的波列。 各个分子和原子从s发出的波列在空间中通过等距离的道路分别传递给S1、S2的S1、S2是同一波面上的两个小波源，这两个小波是相干的，来自这两个小波的相干波在空间上的相遇中发生干涉、纵剖视图，13，3 .干涉条纹，波程差的计算：将点(狭缝)光源放在垂线上，将双狭缝间隔设为d，将双狭缝的垂线与屏幕的交点设为坐标原点，将点p的坐标设为x，波程差：S1CCP，另外Dd，14，明暗两行相干波的初

7、相相同，波程差为半波长偶数倍时p点干涉增强，明亮条纹，波长差为半波长奇数倍时p点干涉减弱，暗条纹，明暗条纹的位置：波长差：15，两相邻明(暗)条纹的间距，K=0，所谓中央明条纹，其他各级说明：(ii )在小区域，x与k无关，条纹等间隔地分布。 16、白色光干涉条纹特征：中央为白色明纹，其他水平出现彩色条纹(x )。 每个级别的条纹都有宽度，两个相邻级别的条纹可能重叠。 当d、d不变时，条纹疏密与成比例，对相干光源来说能量只是在屏幕上的再分布。 因为干涉过程既不能制造能量，也不能消耗能量。17、2、菲涅耳双镜，18，条纹位置可以直接使用Young双缝干涉的结果。 装置s点光源(或与线光源、两个反

8、射镜的交线平行) M1和M2 :镀银反射镜，角度小的两个反射镜可以将s发出的光分成两个部分，视为两个虚拟光源S1和S2发出的光。 相位分析有相同的光源、分波面、一定的相位差。 从两个虚光源来看，相位差为19，3，罗边界半波损失，装置： S:线光源(或点光源) M:平板玻璃板作为反射镜，s发出的光的一部分被直接投影到屏幕上，一部分以m反射到达屏幕，并在重叠区域中发生干扰。 可以将干涉的两个部分光视为由一个实光源S1和一个虚光源S2发出。 20、入射角大，接近90o。 由于反射系数接近1，所以反射强。 两光的振幅大致相等，可以视为等幅干涉。 干涉条纹只出现在镜面的上半部分。 相位、(原因：反射光有

9、“半波损失”，也就是说直接入射到反射光上的光在屏幕o上实际上是反相的。 )干涉图案、屏幕接触镜子的端部o时，o点有s2o=s1o，所以o点应该是亮点，但实验中o点是暗点。 发生半波损失的条件：1、从光稀疏介质入射，用光密介质反射2 .正入射或掠夺入射。 21、半波损耗实际上在入射光的界面上的相位和在反射光的界面上的相位存在的相位差，折射合成的波长差以反射波少(或多)半波长的方式，即，将相位差换算成波长差换算成2。选择22、d、例12-1，关闭杨氏双缝的一个缝(以下的缝)，再将平面镜m放置在双缝的垂直二等分线上，则屏幕上的干涉条纹的变化，与(a )干涉条纹消失(b )熄灭前同样地在整个画面上出现

10、干涉条纹干涉图案仅出现在屏幕的上半部分(d )在屏幕的上半部分出现了干涉条纹，但原始明亮条纹的位置现在被暗条纹占据。 在23、例12-2杨氏双缝实验中，双缝间的距离为0.2mm。 在距离双缝1m的屏幕上观察干涉条纹，如果入射光是波长400nm到760nm的白色光，则问在距离屏幕上的零级明纹20mm处，哪个波长的光最强。 (1nm=10-9m )，因此k=10 1=400nm； k=9 2=444.4nm； k=8 3=500nm； k=7 4=571.4 nm； k=6 5=666.7 nm纳米。 五种波长的光在给定的视点上最大限度地增强。 解： d=0.2mm，D=1m，x=20mm依赖式：24，例12-3在杨氏双缝实验中，要加宽干涉条纹，请(a )增加双缝的间隔，(b )增加入射光的波长，(c )减少从双缝到屏幕的距离，(d )干涉解：根据干涉条纹节距式，选择(b )、25、例12-4，在空气中用波长的单色光进行双缝干涉实验，结果观察到干涉条纹的相邻的明条纹的节距为1.3mm，将实验装置放在水中时(水的折射率为1.33 )，相邻的明条纹的节距为n1，薄膜厚度为e、a1、a2为两平行相干光。 由于=n2