《光的干涉部分》PPT课件.ppt
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1、There is no such thing as a great talent without great will-power.-Balzac 没有伟大的意志力,便没有雄才大略。没有伟大的意志力,便没有雄才大略。-巴尔扎克巴尔扎克 一一 光的干涉光的干涉 1 理解理解相干光的条件及获得相干光的方法相干光的条件及获得相干光的方法.2 掌握掌握光程的概念以及光程差和相位差的关光程的概念以及光程差和相位差的关系,理解在什么情况下的反射光有相位跃变系,理解在什么情况下的反射光有相位跃变.3 能能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置条纹的位置.4 了解了解迈
2、克耳孙干涉仪的工作原理迈克耳孙干涉仪的工作原理.教学基本要求教学基本要求 2 理解理解用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条纹用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法,会分析缝宽及波长对衍射条纹分分布规律的方法,会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响布的影响.3 理解理解光栅衍射公式光栅衍射公式,会确定光栅衍射谱线的位会确定光栅衍射谱线的位置,会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的置,会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响影响.4 了解了解衍射对光学仪器分辨率的影响衍射对光学仪器分辨率的影响.5 了解了解x射线的衍射现象和布拉格公式的物理意义射线的衍射现象和布拉格公式的物理意义.二
3、二 光的衍射光的衍射 1 了解了解惠更斯菲涅耳原理及它对光的衍射现象惠更斯菲涅耳原理及它对光的衍射现象的定性解释的定性解释.三光的偏振三光的偏振 理解理解自然光与偏振光的区别自然光与偏振光的区别;理解理解布儒斯特定律和马吕斯定律布儒斯特定律和马吕斯定律;了解了解双折射现象双折射现象;了解了解线偏振光的获得方法和检验方法线偏振光的获得方法和检验方法.光学通常分为以下三个部分:光学通常分为以下三个部分:几何光学几何光学:以光的直线传播规律为基础,主要研究以光的直线传播规律为基础,主要研究各种成象光学仪器的理论。各种成象光学仪器的理论。波动光学波动光学:研究光的电磁性质和传播规律,特别是研究光的电磁
4、性质和传播规律,特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用。干涉、衍射、偏振的理论和应用。量子光学量子光学:以光的量子理论为基础,研究光与物质以光的量子理论为基础,研究光与物质相互作用的规律。相互作用的规律。光是什么?光是什么?近代物理认为,光既是一种波动近代物理认为,光既是一种波动(电电磁波磁波),又是一种粒子,又是一种粒子(光子光子)。就是说,光具有。就是说,光具有波动和粒子二重特性波动和粒子二重特性波粒二象性。波粒二象性。引言引言这里只介绍波动光学的内容。这里只介绍波动光学的内容。相干光相干光相干光相干光第一节第一节第一节第一节一一 光源光源 光矢量光矢量 用用 矢量表示光矢量矢量表示光矢量,它
5、在引起人眼视它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用觉和底片感光上起主要作用.光是一种电磁波,光是一种电磁波,可见光是能引起人的视觉的电磁波。可见光是能引起人的视觉的电磁波。4000紫7600红单色光:具有色光:具有单一一频率的光波。率的光波。二、二、单色光单色光 复色光复色光 波列波列 原子能级及发光跃迁原子能级及发光跃迁基态基态激激发发态态自发辐射自发辐射三、普通光源的发光机制三、普通光源的发光机制同一原子先后发的光彼此独立,同一原子先后发的光彼此独立,是非相干光是非相干光不同原子同时发的光彼不同原子同时发的光彼 此独立,此独立,是非相干光是非相干光1 1、光是由光源中的原子或分子的运动状态
6、发生变化、光是由光源中的原子或分子的运动状态发生变化时辐射出来的。时辐射出来的。3、各原子发光是随机的,无固定相位差。各原子发光是随机的,无固定相位差。2、原子发光的时间很短,只有原子发光的时间很短,只有10-8秒。秒。注意注意注意注意各原子发光是随机的,无固定相位差各原子发光是随机的,无固定相位差两普通光源发出的光是否相干光?两普通光源发出的光是否相干光?问题问题 两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象,两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象,既使是同一个单色光源的两部分发出的光,也既使是同一个单色光源的两部分发出的光,也不能产生干涉。不能产生干涉。无干涉现象无干涉现象1.频率相同;频率相同;2
7、.振动方向一致;振动方向一致;3.有恒定的相位差;有恒定的相位差;四、相干光四、相干光五、获得相干光的方法五、获得相干光的方法波阵面分割法波阵面分割法*光源光源振幅分割法振幅分割法掌握掌握第二节第二节杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 杨氏在杨氏在1801年首先用年首先用实验的方法研实验的方法研究了光的干涉究了光的干涉现象,为光的现象,为光的波动理论确定波动理论确定了实验基础。了实验基础。一、杨氏双缝干涉装置一、杨氏双缝干涉装置 doS1S2Pdr1r2x双双缝缝单单缝缝S屏屏干干涉涉条条纹纹点光源二、条纹分布规律二、条纹分布规律条纹位置条纹位置PIxr2r1S1S2 d波程差波程差:掌握掌握 减弱减弱
8、加强加强暗纹暗纹明纹明纹加强、减弱条件加强、减弱条件明纹、暗纹位置明纹、暗纹位置讨论讨论IO1.明纹位置明纹位置k=0时:时:0 零级明纹位于屏幕零级明纹位于屏幕中央,只有一条。中央,只有一条。其它各级明纹都有其它各级明纹都有两条,且对称分布。两条,且对称分布。2.暗纹位置暗纹位置对称分布在屏幕中央两侧对称分布在屏幕中央两侧IO3.条纹间距条纹间距相邻明纹与相邻暗纹的间距都相同,所以条纹相邻明纹与相邻暗纹的间距都相同,所以条纹明暗相间平行等距明暗相间平行等距。一定时,若一定时,若 变化,则变化,则 将怎样变化?将怎样变化?1)4.条纹间距与各量之间的关系条纹间距与各量之间的关系2)条纹间距条纹
9、间距 与与 的关系如何?的关系如何?一定时,一定时,1.在双缝干涉实验中,为使屏上的干涉条在双缝干涉实验中,为使屏上的干涉条纹间距变大,可以采取的办法是纹间距变大,可以采取的办法是(A)使屏靠近双缝。)使屏靠近双缝。(B)使两缝的间距变小。)使两缝的间距变小。(C)把两个缝的宽度稍微调窄。把两个缝的宽度稍微调窄。(D)改用波长较小的单色光源。改用波长较小的单色光源。B P三三 双双 镜镜四四 劳埃德镜劳埃德镜PML问题:当屏移到当屏移到 位置位置时,在屏上的,在屏上的L点点应该出出现暗条暗条纹还是明条是明条纹?半波损失半波损失条件条件:1 1、光从、光从折射率折射率较小小介介质射向射向折射率折
10、射率较大大介介质。2、反射光反射光的相位较之入射光的相位跃变了的相位较之入射光的相位跃变了 ,相当于反射光与入射光之间相当于反射光与入射光之间附加了半个波长附加了半个波长的波的波程差,称为程差,称为半波损失半波损失.有半波损失有半波损失无半波损失无半波损失折射光都无半波损失折射光都无半波损失思考思考掌握掌握 书例书例2 以单色光照射到相距为以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上的双缝上,双缝双缝与屏幕的垂直距离为与屏幕的垂直距离为1m.(1)从第一级明从第一级明 纹纹 到同侧到同侧 的第四级明的第四级明 纹的距离为纹的距离为7.5mm,求单色光的波长求单色光的波长;(2)若入射光的波长为若入射
11、光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离求相邻两明纹间的距离.解解 (1)(2)C解解 计算波程差计算波程差BA12 ,求求 第一次测到极大时,射电星的方位第一次测到极大时,射电星的方位与湖面所成的角与湖面所成的角 .如图如图 离湖面离湖面 处有一电磁波接收器位于处有一电磁波接收器位于 C,当一射电星从地平面渐渐升起时,当一射电星从地平面渐渐升起时,接收器断续接接收器断续接收收 到一系列极大值到一系列极大值.已知射电星发射的电磁波波长为已知射电星发射的电磁波波长为书例书例3 射电信号的接收射电信号的接收取取 极大极大时时 考虑半波损失时,附加波程差取考虑半波损失时,附加波程差取 均可,均可,
12、符号不同,符号不同,取值不同,对问题实质无影响取值不同,对问题实质无影响.注意注意ACB12第三节第三节第三节第三节光程光程光程光程 薄膜干涉薄膜干涉薄膜干涉薄膜干涉光在真空中的速度光在真空中的速度光在介质中的速度光在介质中的速度真空中的波长真空中的波长介质的折射率介质的折射率介质中的波长介质中的波长一、光一、光程程 相位差相位差 *P*表明表明:光在介质中传播时光在介质中传播时,其相位的变化不仅其相位的变化不仅与光波传播的与光波传播的几何路程几何路程和光波在真空中的波和光波在真空中的波长有关外长有关外,还与介质的还与介质的折射率有关折射率有关。2 2、光程差、光程差光程差:光程差:1 1、光
13、程、光程:媒质折射率与光的几何路程之积媒质折射率与光的几何路程之积=r1n1r2n2rinirnnn光程差与相位差关系:光程差与相位差关系:掌握掌握加强加强减弱减弱3 3、用光程差表示的干涉加、用光程差表示的干涉加强、减弱条件:、减弱条件:掌握掌握光程差计算练习:光程差计算练习:1.21.51.2(1)(2)nS1S2r1r2dP思考思考AB二、透镜不引起附加的光程差二、透镜不引起附加的光程差AB焦平面焦平面三、薄膜干涉三、薄膜干涉有半波损失有半波损失无半波损失无半波损失i熟练熟练掌握掌握注意注意:指反射指反射光光PLDC34E5A1B2设:设:反射光反射光的光程差的光程差为:由由折射折射定律
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