大学物理相干光

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1、第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉1s2sP*1r2r1）频率相同；）频率相同；2）振动方向平行；）振动方向平行；3）相位相同或相位差恒定）相位相同或相位差恒定. 波的相干条件波的相干条件 ,2, 1 ,02kk, 2 , 1 , 0) 12(kk2121AAAAA其他其他21AAA振动始终振动始终加强加强21AAA振动始终振动始终减弱减弱第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉21AAA振动始终振动始终减弱减弱21AAA振动始终振动始终加强加强,2, 1 ,0)21(kk2121AAAAA其他其他, 2, 1 , 0kk3 )

2、 )波程差波程差12rr 若若 则则212第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉牛顿的微粒说牛顿的微粒说光是由发光物体发出的遵循力学规光是由发光物体发出的遵循力学规律的粒子流。律的粒子流。惠更斯的波动说惠更斯的波动说光是机械波，在弹性介质光是机械波，在弹性介质“以太以太”中传播。中传播。一一 光的两种学说光的两种学说第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉 几何光学几何光学:以光的直线传播和反射、折射定律为基础，以光的直线传播和反射、折射定律为基础，研究光学仪器成象规律。研究光学仪器成象规律。 物理光学物理光学:以光的波动性和粒子性

3、为基础，研究光现以光的波动性和粒子性为基础，研究光现象基本规律。象基本规律。波动光学波动光学量子光学量子光学 光的电磁理论光的电磁理论波动性波动性： 干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振 光的量子理论光的量子理论粒子性粒子性： 黑体辐射、光电效应、康普顿效应黑体辐射、光电效应、康普顿效应二二 光的本性光的本性三三 光的分类光的分类第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉1.频率相同；频率相同；2.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；4*.光程差不太大；光程差不太大；一一 光的相干性光的相干性第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.

4、1 光的干涉光的干涉低能级低能级E12、原子发光机制、原子发光机制 当原子吸收外界能量后，由低能级跃迁到当原子吸收外界能量后，由低能级跃迁到高能级，但在高能级不稳定，又会从高能级跳高能级，但在高能级不稳定，又会从高能级跳回低能级。回低能级。高能级高能级E2光子光子能级跃迁辐射能级跃迁辐射1.1.相干光源相干光源 / / 二、原子发光机制二、原子发光机制第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉2.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。1.原子发光的时间很短，只有原子发光的时间很短，只有108秒。秒。 两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象

5、，两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象，即使是同一个单色光源的两部分发出的光，也即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1.1.相干光源相干光源 / / 二、原子发光机制二、原子发光机制第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉1. . 普通光源：普通光源：自发辐射自发辐射独立独立(不同原子发的光不同原子发的光)独立独立(同一原子先后发的光同一原子先后发的光)普通光源是观察不到干涉现象的。普通光源是观察不到干涉现象的。1.1.相干光源相干光源 / / 二、原子发光机制二、原子发光机制第十一第十一章章 波动光学波动光学1

6、1.1 11.1 光的干涉光的干涉波阵面分割法波阵面分割法*光源光源1s2s1. .分波面法分波面法 在同一波面在同一波面上两固定点光源，上两固定点光源，发出的光产生干发出的光产生干涉的方法为分波涉的方法为分波面法。如杨氏双面法。如杨氏双缝干涉实验。缝干涉实验。第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉2. .分振幅法分振幅法 一束光线经一束光线经过介质薄膜的反过介质薄膜的反射与折射，形成射与折射，形成的两束光线产生的两束光线产生干涉的方法为分干涉的方法为分振幅法。如薄膜振幅法。如薄膜干涉、等厚干涉干涉、等厚干涉等。等。振幅分割法振幅分割法第十一第十一章章 波动光学

7、波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉1.光程光程 L 在真空中光的波长为在真空中光的波长为 ，光速为，光速为 C，进入，进入折射率为折射率为 n 的媒质中后，波长的媒质中后，波长n , 光速为光速为 v , ,由由折射定律可知：折射定律可知：nrisinsinvCn n1n 第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉相当于真空中走的波程为：相当于真空中走的波程为：nl定义光程：定义光程：nlL 光程为光在媒质中传播的波程与媒质折射光程为光在媒质中传播的波程与媒质折射率的乘积。率的乘积。光在媒质中传播光在媒质中传播 l的距离后，相位改变了的距离后，相位改变了n

8、l2 nl2 第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉2. .光程差光程差 光程差为两束光的光程之差。光程差为两束光的光程之差。12LL 如果光线穿过多种媒质时，其光程为：如果光线穿过多种媒质时，其光程为：r1n1r2n2rinirnnnnnrnrnrnL 2211niiirn1第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉3. .光程差与相位差的关系光程差与相位差的关系则相位差为：则相位差为： 2 1n2n1s2s1r2rP 11022021rn2rn2 )(2211rnrn2 2 第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光

9、的干涉光的干涉 当光程差满足波长的整数倍时，两束光干当光程差满足波长的整数倍时，两束光干涉加强；当光程差满足半波长的奇数倍时，两涉加强；当光程差满足半波长的奇数倍时，两束光干涉减弱。束光干涉减弱。两束单色光相干时，光程差满足：两束单色光相干时，光程差满足： 减弱 )2 ,1 ,0( 2)12(kk加强 )2 ,1 ,0( kk第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉4、相干长度、相干长度可发生干涉可发生干涉不能发生干涉不能发生干涉 要使两束光产生干涉，两束光的最大光程要使两束光产生干涉，两束光的最大光程差必须小于波列长度差必须小于波列长度 L000cL 0 为相干

10、时间，即原子发光的持续时间为相干时间，即原子发光的持续时间第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉理论上可以证明光的频率范围为理论上可以证明光的频率范围为01波列的相干长度为波列的相干长度为ccL0max0由于由于 ,所以有所以有c2c所以有所以有2max0L第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉p1s2ssxooB实实 验验 装装 置置d1r2rdD 二二 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验DrDxd12rrr光程差光程差2221)2(dxDr2222)2(dxDr第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干

11、涉2) 12(k 减弱减弱kDxd加强加强,2, 1 ,0k2) 12(kdD暗纹暗纹dDkx明纹明纹,2, 1 ,0kp1s2ssxooBd1r2rDr第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉明暗明暗条纹的位置条纹的位置白光白光照射时，出现照射时，出现彩色彩色条纹条纹2) 12(kdD暗纹暗纹dDkx明纹明纹,2, 1 ,0k第十一第十一章章 波动光学波动光学11.1 11.1 光的干涉光的干涉讨论讨论) 1(k条纹间距条纹间距 dDx1）条纹间距条纹间距 与与 的关系的关系 ;若若 变化变化 ，则，则 将怎样变化？将怎样变化？xDd、 一定时，一定时， 一定时