醫(yī)用物理學(xué)：9-1 光的干涉

1、第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 19-1光的干涉光的干涉 光的相干性光的相干性 光程和光程差光程和光程差( (重點(diǎn)）重點(diǎn)） 楊氏雙縫干涉（重點(diǎn)）楊氏雙縫干涉（重點(diǎn)）第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 2光波光波1.可見(jiàn)光可見(jiàn)光: :能引起人們視覺(jué)的電磁波，波長(zhǎng)范圍能引起人們視覺(jué)的電磁波，波長(zhǎng)范圍390nm390nm770nm770nm，不需要媒質(zhì)也可以傳播。，不需要媒質(zhì)也可以傳播。第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 3 5.5.光具有波粒二象性光具有波粒二象性 光在傳播的過(guò)程中表現(xiàn)出

2、波動(dòng)性光在傳播的過(guò)程中表現(xiàn)出波動(dòng)性. .（干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振）光在傳輸中主要表現(xiàn)為波動(dòng)性；光在傳輸中主要表現(xiàn)為波動(dòng)性；光和物質(zhì)相互作用時(shí)光和物質(zhì)相互作用時(shí)主要表現(xiàn)為粒子性主要表現(xiàn)為粒子性. . 4.4.光波是橫波光波是橫波001 c 真空中的光速真空中的光速 2 2光的顏色：光的顏色：?jiǎn)紊鈫紊庵缓瑔我徊ㄩL(zhǎng)的光，如激光只含單一波長(zhǎng)的光，如激光復(fù)色光復(fù)色光不同波長(zhǎng)單色光的混合，如白光不同波長(zhǎng)單色光的混合，如白光 3 3光的速度與折射率：光的速度與折射率： v=c/n第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 4一、相干光一、相干光1 普通光源的普通光源

3、的發(fā)光機(jī)制發(fā)光機(jī)制hE 原子能級(jí)及發(fā)光躍遷原子能級(jí)及發(fā)光躍遷基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)nE相干條件：相干條件：頻率相同、振動(dòng)方向相同、頻率相同、振動(dòng)方向相同、 相位差恒定。相位差恒定。 機(jī)械波源振子可以連續(xù)振動(dòng)，發(fā)出連續(xù)余機(jī)械波源振子可以連續(xù)振動(dòng)，發(fā)出連續(xù)余弦波，波的干涉條件容易滿足，易觀測(cè)干涉。弦波，波的干涉條件容易滿足，易觀測(cè)干涉。第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 5P21 普通光源發(fā)光普通光源發(fā)光特點(diǎn)特點(diǎn)： 原子發(fā)光是斷續(xù)原子發(fā)光是斷續(xù)的，隨機(jī)的，各個(gè)方向都有，每次發(fā)光形的，隨機(jī)的，各個(gè)方向都有，每次發(fā)光形成的波列成的波列的的初相、振動(dòng)與傳播方向、頻率初相

4、、振動(dòng)與傳播方向、頻率互相獨(dú)立互相獨(dú)立,因此因此互不相干互不相干.普通光源普通光源不是不是相干光源相干光源第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 62 相干光的產(chǎn)生相干光的產(chǎn)生振幅分割法振幅分割法波陣面分割法波陣面分割法*光源光源1s2s 用某種方法把同一光源同一點(diǎn)發(fā)出的光波分成用某種方法把同一光源同一點(diǎn)發(fā)出的光波分成兩束光波，使它們經(jīng)過(guò)不同路程后再相遇。兩束光波，使它們經(jīng)過(guò)不同路程后再相遇。第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 7第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 初相位相同的兩列相干光波，

5、在真空中傳播時(shí)的初相位相同的兩列相干光波，在真空中傳播時(shí)的幾何路幾何路程差程差( (波程差）為波程差）為 r =r2 - r1，則它們的則它們的相位差相位差為為：二二 光程光程(optical path)和光程差和光程差r2如果光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，如果光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，相位差相位差又應(yīng)如何計(jì)算？又應(yīng)如何計(jì)算？*1sP1r*2s2r2n1n)2cos(1111rtAs)2cos(2222rtAs點(diǎn)點(diǎn)P P的兩個(gè)分振動(dòng)（初相相同）的兩個(gè)分振動(dòng)（初相相同）第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 9ncu1u0c真空中的波長(zhǎng)真空中的波長(zhǎng)n0介質(zhì)中的波長(zhǎng)介質(zhì)中的波長(zhǎng)

6、在介質(zhì)中光的速度與在介質(zhì)中光的速度與真空中的光速及折射真空中的光速及折射率：率：)(21122rr 相位差相位差 )(2101202nrnr)(211220rnrn第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 10介質(zhì)折射率與光的幾何路程之積定義為介質(zhì)折射率與光的幾何路程之積定義為光程光程nrS *1sP1r*2s2r2n1n)(211220rnrn物理意義：物理意義：把光在不同介質(zhì)中傳播的路程折算把光在不同介質(zhì)中傳播的路程折算到該光在真空中傳播的路程，從而解決了光在不到該光在真空中傳播的路程，從而解決了光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)相位差的計(jì)算問(wèn)題。同介質(zhì)中傳播時(shí)相位差的計(jì)算

7、問(wèn)題。光程差光程差 ( (兩光程之差兩光程之差) )2211rnrn02 相位差相位差 第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 11透鏡不引起附加光程差透鏡不引起附加光程差各光線經(jīng)薄透鏡后光程的變化相等各光線經(jīng)薄透鏡后光程的變化相等FABCDEabcde焦平面焦平面F焦平面焦平面ABCDEabcde第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 12明條紋位置明條紋位置明條紋位置明條紋位置明條紋位置明條紋位置1s2sS實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象單色平行光單色平行光暗條紋位置暗條紋位置暗條紋位置暗條紋位置三、三、 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn) （

8、波陣面分割法）（波陣面分割法） 干涉條紋特點(diǎn)：雙縫干涉條紋是與雙縫平行的一干涉條紋特點(diǎn)：雙縫干涉條紋是與雙縫平行的一組組明暗相間明暗相間彼此彼此等間距等間距的直條紋，的直條紋，上下對(duì)稱(chēng)上下對(duì)稱(chēng)。第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 13ooB實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 裝裝 置置1s2sspdd dxdrsin12drr光程差光程差x1r2r dd/tansindx第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 14波程差波程差12xx 若兩波的初相位相等若兩波的初相位相等 則則21122xx 21AAA振動(dòng)始終減弱振動(dòng)始終減弱212)21(12kkx

9、x2121AAAAA其他12xx21AAA振動(dòng)始終加強(qiáng)振動(dòng)始終加強(qiáng)2 , 1 , 02212kkkxx第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 15實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 裝裝 置置ooB1s2ssrx1r2r ddp加強(qiáng)加強(qiáng), 2 , 1 , 0k22kk dxd2) 12()21(kk 減弱減弱第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 162) 12(kdd暗紋暗紋22ddkx 明紋明紋,2, 1 ,0kpooB1s2ssrx1r2r dd第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 17 若光源點(diǎn)的位置改變了，中央

10、明紋及其若光源點(diǎn)的位置改變了，中央明紋及其他明紋的位置怎么變化？他明紋的位置怎么變化？oB1s2ss第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 18討論討論條紋間距條紋間距 ) 1(kddx22k dxd加強(qiáng)加強(qiáng)2) 12(k 減弱減弱,2, 1 ,0k 兩相鄰明紋或暗條紋中心間的距離，即條紋間距兩相鄰明紋或暗條紋中心間的距離，即條紋間距22ddkx 明紋明紋2) 12(kdd 暗紋暗紋第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 19( (1) ) 一定時(shí)，若一定時(shí)，若 變化變化, , 則則 將怎樣變化？將怎樣變化？ dd、x第九章第九章

11、 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 20結(jié)論結(jié)論間距間距x x與波長(zhǎng)成正比，波長(zhǎng)與波長(zhǎng)成正比，波長(zhǎng)短短的紫光間距的紫光間距小小，波長(zhǎng)，波長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)的紅光間距的紅光間距大。大。 中央是白色，其他各級(jí)從紫到紅依次在兩側(cè)向中央是白色，其他各級(jí)從紫到紅依次在兩側(cè)向外錯(cuò)開(kāi)排列。外錯(cuò)開(kāi)排列。白光入射的楊氏雙縫干涉照片白光入射的楊氏雙縫干涉照片第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 21( (2) ) 一定時(shí)一定時(shí), ,條紋間距條紋間距 與與 的關(guān)系如何？的關(guān)系如何？xd d、第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 22 波

12、長(zhǎng)一定時(shí)，如果要想獲得較大的間距波長(zhǎng)一定時(shí)，如果要想獲得較大的間距x，應(yīng)該怎么辦？，應(yīng)該怎么辦？應(yīng)使應(yīng)使d足夠小或足夠小或d比較大比較大第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 23例例1 以單色光照射到相距為以單色光照射到相距為0.2 mm的雙縫的雙縫上，雙縫與屏幕的垂直距離為上，雙縫與屏幕的垂直距離為1 m.( (1) )從第一級(jí)明紋到同側(cè)的第四級(jí)明紋間的從第一級(jí)明紋到同側(cè)的第四級(jí)明紋間的距離為距離為7.5 mm，求單色光的波長(zhǎng)；，求單色光的波長(zhǎng)； ( (2) )若入射光的波長(zhǎng)為若入射光的波長(zhǎng)為600 nm, ,中央明紋中中央明紋中心距離最鄰近的暗紋中心的距離

13、是多少？心距離最鄰近的暗紋中心的距離是多少？第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 24解解( (1) )( (2) ) , 2, 1,0,kkddxk141414kkddxxxnm 5001414kkxddmm 5121.ddx已知已知求求( (1) ) ? ( (2) ) nm .x5714nm 600? xmm 20.d m 1d第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 例例2 2 在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，已知雙縫間距為在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，已知雙縫間距為0.6mm, 縫縫與屏相距與屏相距1.5m. 若測(cè)得相鄰明條紋間的距離若測(cè)得相鄰明

14、條紋間的距離為為1.5mm。 求（求（1 1）入射波的波長(zhǎng)；）入射波的波長(zhǎng)； （2）若以折射率若以折射率 n=1.30,厚度厚度 l=0.01mm的的透明薄透明薄膜遮住狹縫膜遮住狹縫S1（上面的縫上面的縫），），則原來(lái)的中央明紋處則原來(lái)的中央明紋處將變?yōu)榈趲讞l明紋處以及與屏中心的距離？將變?yōu)榈趲讞l明紋處以及與屏中心的距離？第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) 26解解( (1) )( (2) ) ddxnm 600dxd未遮薄膜時(shí)，中央明紋處的光程差為未遮薄膜時(shí)，中央明紋處的光程差為0r-=12r遮上薄膜后，光程差為遮上薄膜后，光程差為llll1)-(n1)-(n-)r-(-(r-r=1212rn)設(shè)此處為第設(shè)此處為第k 級(jí)明紋，則級(jí)明紋，則kn) 1(5) 1(lnk原來(lái)的中央明紋將變?yōu)榈谠瓉?lái)的中央明紋將變?yōu)榈?級(jí)明紋級(jí)明紋第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的干涉光的干涉 醫(yī)用物醫(yī)用物理學(xué)理學(xué) llll1)-(n1)-(n-)r-(-(r-r=1212rn)sin12drr光程差光程差dxd中央明紋滿足中央明紋滿足0所以所以0) 1(lndxd狹縫狹縫S S1 1被遮蓋后，中央明紋的中心位置與屏中被遮蓋后，中央明紋的中心位置與屏中心距離心距離x x為為)(103) 1(3mdlndx第九章第九章 波動(dòng)光學(xué)波動(dòng)光學(xué) 光的