(12.1.1)--11.1相干光杨氏双缝干涉.pdf

第十一章DRY LIGHT YANGS DOUBLE-SEAM INTERFERENCE目录CONTENTS相干光D R Y L I G H T1杨氏双缝干涉2Y A N G S D O U B L E-S E A M I N T E R F E R E N C E01相干光D R Y L I G H T2022-1-3042022-1-304光学是研究光的本性、光的传播和光与物质相互作用规律的学科.通常分为：相干光第十一章第1节几何光学：以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中的传播规律，如光的反射和折射定律。12022-1-3052022-1-305光学是研究光的本性、光的传播和光与物质相互作用规律的学科.通常分为：相干光第十一章第1节波动光学：以光的波动性为基础，研究光的传播及规律，如光的干涉，衍射以及光的偏振现象。22022-1-3062022-1-306光学是研究光的本性、光的传播和光与物质相互作用规律的学科.通常分为：相干光第十一章第1节量子光学：以光的粒子性为基础，研究光与物质的相互作用规律。32022-1-3072022-1-307相干光第十一章第1节本章从波动的角度来研究光的性质干 涉衍 射偏 振光具有波动性光的横波特性2022-1-3082022-1-308相干光第十一章第1节光的干涉能够产生干涉现象两列光波叠加在一起时室内有两个灯泡照明时，墙上为什么没有出现明暗相间的干涉条纹？2022-1-3092022-1-309相干光第十一章第1节满足干涉条件是比较容易机械波满足干涉条件是比较复杂光 波普通光源的发光机理有关2022-1-30102022-1-3010相干光第十一章第1节源的发光是其中大量的分子或原子进行的一种微观过程。由于外界条件的激励，如碰撞，原子就可以处于能量较高的状态，即激发态.2022-1-30112022-1-3011相干光第十一章第1节处于激发态的原子是不稳定的，它会自发地跃迁到低激发态或基态，同时向外发射电磁波也就是光波。2022-1-30122022-1-3012相干光第十一章第1节一次跃迁的过程经历的时间非常短暂，约为10-8秒2022-1-30132022-1-3013相干光第十一章第1节也就是一个原子每一次发光只能发出一段长度有限、频率一定和振动方向一定的光波，这一段光波叫做一个波列。2022-1-30142022-1-3014相干光第十一章第1节在同一普通光源内，有非常多的原子在发光，这些原子的发光是不同步的，具有间歇性和随机性。2022-1-30152022-1-3015相干光第十一章第1节光源内原子处于激发态时，它向低能级跃迁是自发的，是按照一定的概率发生的。2022-1-30162022-1-3016相干光第十一章第1节每次发出的波列的频率和振动方向可能不同，而且它们每次何时发光完全不能确定，因而相位也不确定。2022-1-30172022-1-3017相干光第十一章第1节在不同时刻发出的波列同一原子在相同时刻发出的波列不同原子振动方向和相位都很难相同很难达到相干条件2022-1-30182022-1-3018相干光第十一章第1节此外，两个相同的光源发出的各个波列其振动方向和相位也存在随机性随机性，特别是相位差，不可能不可能保持恒定，也就不可能也就不可能产生光的强弱在空间稳定分布的干涉现象。2022-1-30192022-1-3019相干光第十一章第1节机械波的干涉条件频率相同振动方向一致相位差恒定光波的干涉条件如何才能得到相干光2022-1-30202022-1-3020相干光第十一章第1节122P12IE同一介质中直接把光强定义如图，两频率相同、光矢量方向相同的相干光源S1和S2在P点相遇叠加。2022-1-30212022-1-3021相干光第十一章第1节合矢量叠加后的光强 cosII2III2121122P12022-1-30222022-1-3022相干光第十一章第1节122P1叠加后的光强 cosII2III2121k2.)2,1,0(k2max121 2IIIII I光强最大，干涉相长2022-1-30232022-1-3023相干光第十一章第1节122P1叠加后的光强 cosII2III2121k2.)2,1,0(k光强最小，干涉相消2min121 2IIIII I2022-1-30242022-1-3024相干光第十一章第1节如何才能得到两束相干光原则上可以把光源上同一发光点发出的光波分成两束，使之经历不同的路径再会合叠加。2022-1-30252022-1-3025相干光第十一章第1节P由于这两束光都来自同一发光原子的同一次发光，其频率和初相完全相同，在相遇点的相位差恒定，振动方向总有相互平行的振动分量，从而满足相干光的条件。2022-1-30262022-1-3026相干光第十一章第1节分波阵面法1杨氏双缝干涉就是利用分波阵面法2022-1-30272022-1-3027相干光第十一章第1节是利用光在透明介质薄膜表明的反射和折射将同一光束分割成振幅较小的两束相干光。分 振 幅 法22022-1-30282022-1-3028相干光第十一章第1节分 振 幅 法2薄膜干涉就是利用分振幅法02杨氏双缝干涉YA N G S D O U B L E-S E A M I N T E R F E R E N C E2022-1-30302022-1-3030第十一章第1节托马斯杨1801年托马斯杨做成功了一个判定光的波动性质的关键性实验-光的干涉实验杨氏双缝干涉2022-1-30312022-1-3031杨氏双缝干涉第十一章第1节杨氏双缝干涉实验如图，S是一线光源，其长度方向和纸面垂直。它发出的单色光通过两条平行的双缝S1和S2.2022-1-30322022-1-3032杨氏双缝干涉第十一章第1节杨氏双缝干涉实验由双缝出来的光波是由S发出的同一波阵面的两个部分，因而这两部分光将产生干涉且在接收屏上显示干涉条纹。2022-1-30332022-1-3033杨氏双缝干涉第十一章第1节Dd 该图为杨氏双缝干涉的原理图，相干光源S1和S2发出的光束在接收屏上P点相遇后将产生相干叠加。D为双缝到接收屏的距离，d是双缝间距。通常实验总是使D远远大于d。2022-1-30342022-1-3034杨氏双缝干涉第十一章第1节Dd 利用振动的叠加原理来分析双缝干涉实验中光强的分布。这一分布是在屏上以各种明暗不同的形式显示出来的。2022-1-30352022-1-3035杨氏双缝干涉第十一章第1节Dd 考虑屏上离屏中心O点较近的任一点P点，从S1和S2到P点的距离分别为r1和r2，2022-1-30362022-1-3036杨氏双缝干涉第十一章第1节Dd 是两个相干光源S1和S2因此P处两列光波引起的振动相位差仅由从S1、S2到P点的波程差决定2022-1-30372022-1-3037杨氏双缝干涉第十一章第1节Dd 波程差21rrsinddtg式中是P点的角位置，这一夹角很小xdD2022-1-30382022-1-3038杨氏双缝干涉第十一章第1节波程差和相位差的关系dDx2振动叠加加强的条件dDx2 2k(k=0,1,2)2022-1-30392022-1-3039杨氏双缝干涉第十一章第1节干涉相长干涉相长（出 现 明 纹）的条件kDxd干涉相消干涉相消（出 现 暗 纹）的条件2-12xdkD（）(k=0,1,2)2022-1-30402022-1-3040杨氏双缝干涉第十一章第1节kDxd）（1-22kDxd(k=0,1,2)x表示P点在屏上的位置明纹中心位置:(k=0,1,2)Ddkx2022-1-30412022-1-3041杨氏双缝干涉第十一章第1节明纹中心位置:(k=0,1,2)Ddkx暗纹中心位置:(k=0,1,2)2-12dxkD（）两个相邻明纹或者暗纹中心的距离dxD2022-1-30422022-1-3042杨氏双缝干涉第十一章第1节杨氏双缝干涉实验干涉条纹特点为：明暗条纹对称分布于屏幕中心O点两侧，明暗条纹交替排列相邻明纹或相邻暗纹的中心间距相等，与干涉级次k无关。条纹间距的大小与入射光的波长及缝、屏间距成正比，与双缝间距成反比；当给定实验装置时，单色光的波长越小，条纹越密，反之，条纹越稀；若换为复合光入射，将得到彩色条纹。111213T H A N K S F O R WAT C H I N G