第9章第1-2節(jié)光及光的干涉

第九章波動光學1、光學緒言2、相干光3、光的干涉:

楊氏雙縫干涉、薄膜干涉

1、不同波長的光的命名及人眼敏感度紅外(Infrared,IR)

紫外(ultravioletray,UVR)真空紫外Vacuumultravioletray一、光學緒言人眼對不同色光的視覺靈敏度是不同的，上圖表示人眼對不同色光的相對靈敏度曲線。人眼對波長約為550nm的黃綠光最靈敏，對紫光和紅光則靈敏度較低。光的顏色及互補色：單色光——只含單一波長的光實踐中只能獲得準單色光復色光——不同波長單色光的混合：白光白光是各種色光的混合體。各種波長成分的光的光強在很大的范圍內連續(xù)分布。如果某兩種色光混合后組成白光，則該兩種色光稱為互補色光。如紅對綠、藍對黃、橙對青等。若設法濾去白光中的某種色光，則剩下的是該種色光的互補色光，如在白光中濾去紅光就得綠光，濾去紫光就得黃綠光。必須注意，屬于互補色的兩種色光并不是單色光。2、發(fā)光的物理機制光源

發(fā)射光波的物體。如太陽、蠟燭等。光是光源中大量的分子或原子的運動狀態(tài)發(fā)生變化時所輻射出的電磁波。

電子從一個軌道躍遷到另一個軌道，原子或分子就從一個能態(tài)躍變到另一能態(tài)，同時伴隨著能量的變化。電子在不同軌道之間躍變，原子向外釋放或吸收能量。

電子沿著一個個分立的軌道繞核旋轉，當電子在確定的軌道上運動時，原子具有確定的能量。Co元素原子從一個定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，會發(fā)射或吸收一個光子，頻率輻射頻率公式波列每一個輻射光子稱作一個波列每個波列持續(xù)時間約10-8s原子或分子的發(fā)光過程是彼此獨立的、隨機的光源發(fā)出的連續(xù)光波實際上是大量原子或分子發(fā)光的總效果。

相互獨立的波列光的電磁理論——波動性：干涉、衍射、偏振光的量子理論——粒子性：光電效應、康普頓效應3、光的本性光本質是一種電磁波4、介質中的光速真空中的光速：c=3×108m/s介質中光的速度與折射率的關系：v=c/n5、介質中的波長6、光程光程差把光波在某一介質中通過的幾何路程與該介質的折射率n的乘積稱為光程，寫為光在傳輸了一定光程后，相位變化為

平行平面膜反射1n2np1n光疏到光密反射光相位有變p

空氣油膜玻璃2n3n1npp例一:玻璃3n1n例二:空氣玻璃2npd反射界面不同反射條件下的附加光程差反射條件二、光的干涉現(xiàn)象1．什么是光的干涉現(xiàn)象兩束光的相遇區(qū)域形成穩(wěn)定的、有強有弱的光強分布。2．相干條件①振動方向相同②振動頻率相同③相位相同或相位差保持恒定3．相干光與相干光源兩束滿足相干條件的光稱為相干光相應的光源稱為相干光源4．明暗條紋條件用相位差表示：明條紋：Δ=±2kk=0,1,2,…暗條紋：Δ=±(2k-1)k=1,2,3,…用光程差表示光程：我們把光波在某一介質中通過的幾何路程與該介質的折射率n的乘積定義為光程（δ=nr）根據(jù)光程差與相位差的關系Δ=2δ/λ明條紋：δ=±kλk=0,1,2,…暗條紋：δ=±(2k-1)λ/2k=1,2,3,…5、相干光的獲得1．普通光源的發(fā)光特點結論：普通光源發(fā)出的光波不滿足相干條件，不是相干光，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。特點：同一原子發(fā)光具有瞬時性和間歇性、偶然性和隨機性，不同原子發(fā)光具有獨立性。.非相干（同一原子先后發(fā)出的光）非相干（不同原子發(fā)出的光）.5、相干光的獲得2．獲得相干光源的兩種方法原理：將同一光源上同一點或極小區(qū)域發(fā)出的一束光分成兩束，讓它們經(jīng)過不同的傳播路徑后，再使它們相遇，它們是相干光。方法：分波陣面法：把光波的波陣面分為兩部分（楊氏雙縫干涉）分振幅法：利用兩個反射面產(chǎn)生兩束反射光(牛頓環(huán)、薄膜干涉等)SE§楊氏雙縫干涉一、楊氏雙縫干涉托馬斯·楊（ThomasYoung）英國物理學家、醫(yī)生和考古學家，光的波動說的奠基人之一波動光學：楊氏雙縫干涉實驗生理光學：三原色原理材料力學：楊氏彈性模量考古學：破譯古埃及石碑上的文字1、楊氏簡介2、楊氏雙縫干涉實驗裝置

1801年，楊氏巧妙地設計了一種把單個波陣面分解為兩個波陣面以鎖定兩個光源之間的相位差的方法來研究光的干涉現(xiàn)象。楊氏用疊加原理解釋了干涉現(xiàn)象，在歷史上第一次測定了光的波長，為光的波動學說的確立奠定了基礎。3、雙縫干涉的光程差兩光波在P點的光程差為

δ=r2-r1r12=D2+(y-d/2)2

r22=D2+(y+d/2)2所以r22-r12=2yd即(r2-r1)(r2+r1)=2yd采用近似r2+r1≈2D光程差為δ=r2-r1=yd/Dr2r1OPxdS2S1D3、雙縫干涉的光程差δ=r2-r1=yd/D4、干涉條紋的位置（1）明條紋：

δ=yd/D=±kλx=±kDλ/dk=0,1,2,…（2）暗條紋：

δ=yd/D=±(2k-1)λ/2

x=±(2k-1)Dλ/(2d)k=1,2,3,…5、干涉條紋的特點雙縫干涉條紋是與雙縫平行的一組明暗相間彼此等間距的直條紋，上下對稱。（3）條紋間距：相鄰明紋中心或相鄰暗紋中心的距離稱為條紋間距

Δx=Dλ/d①光源S位置改變：S下移時，干涉條紋整體向上平移，條紋間距不變。S上移時，干涉條紋整體向下平移，條紋間距不變。②雙縫間距d改變：當d增大時，Δx減小，零級明紋中心位置不變，條紋變密。當d減小時，Δx增大，零級明紋中心位置不變，條紋變稀疏。6、討論

Δx=Dλ/d（1）波長及裝置結構變化時干涉條紋的移動和變化③雙縫與屏幕間距D改變：當D減小時，Δx減小，零級明紋中心位置不變，條紋變密。當D增大時，Δx增大，零級明紋中心位置不變，條紋變稀疏。④入射光波長改變：

當λ增大時，Δx增大，條紋變疏；當λ減小時，Δx減小，條紋變密。Δx=Dλ/d分振幅干涉1n3n2n膜層dsPsin傳播光程差do21nd+ABBC()1nAD2n2222niisin1n2nsinrBdCABcosrtanAC2drDAACsini§分振幅干涉:薄膜干涉DCAirB平行平面膜反射1n2np1n光疏到光密反射光相位有變p

空氣油膜玻璃2n3n1npp例一:玻璃3n1n例二:空氣玻璃2npd反射界面不同反射條件下的附加光程差反射條件總光程差公式ld2l+k1k()2明紋暗紋若dod+d反射條件相同2-l0不同反射條件2dsin1n2ni222+平行平面膜反射光干涉的總光程差當入射光垂直照射在薄膜上時，入射角i=0l