光的相干性及干涉演示文稿

光的相干性及干涉演示文稿當(dāng)前1頁，總共60頁。（優(yōu)選）第一講光的相干性及干涉當(dāng)前2頁，總共60頁。課程考試平時(shí)：考勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)20%實(shí)驗(yàn)：20%期末：60%當(dāng)前3頁，總共60頁。聯(lián)系方式：郵箱：電話：辦公地點(diǎn)：行政樓210當(dāng)前4頁，總共60頁。光，Light，是我們最熟悉的現(xiàn)象之一，沒有光，人類就無法生存。萬物生長靠太陽！地球上的主要能源都是直接或間接來自太陽能！當(dāng)前5頁，總共60頁。生活中，大自然中有關(guān)光的現(xiàn)象無處不在佛光當(dāng)前6頁，總共60頁。彩虹當(dāng)前7頁，總共60頁。海市蜃樓當(dāng)前8頁，總共60頁。日暈當(dāng)前9頁，總共60頁。你還能舉些與光有關(guān)的現(xiàn)象么？當(dāng)前10頁，總共60頁。光是什么？光的本質(zhì)是什么？古希臘人認(rèn)為光是人眼發(fā)出的觸須。墨子在《墨經(jīng)》中記載了光的直線傳播特性及光在鏡面上的反射現(xiàn)象。當(dāng)前11頁，總共60頁。古希臘數(shù)學(xué)家歐幾里德（Euclid）所著的《光學(xué)》也研究了平面鏡成像。十七世紀(jì)初，在天文學(xué)和解剖學(xué)的推動下，光學(xué)開始發(fā)展起來。十七世紀(jì)末，光學(xué)成為物理學(xué)的一個(gè)重要分支。當(dāng)前12頁，總共60頁。幾何光學(xué)發(fā)展最為迅速，荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅爾發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確的折射定律對于光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)和改進(jìn)具有重要意義！為研究整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)提供了計(jì)算的可能。隨著幾何光學(xué)發(fā)展，物理光學(xué)開始起步。當(dāng)前13頁，總共60頁。由光的干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象：證實(shí)了光的波動性。由黑體輻射、光電效應(yīng)、康普敦效應(yīng)等現(xiàn)象：證實(shí)了光的量子性－粒子性。人們終于認(rèn)清了光的波粒二重性！波粒二重性其實(shí)是一切微觀粒子的共同特性。焦點(diǎn)問題：光的本性問題和光的顏色問題當(dāng)前14頁，總共60頁。除了研究光和物質(zhì)作用的情況下必須考慮光的粒子性外，可以認(rèn)為光是一種電磁波。光的波長400nm－－760nm紫紅在透明介質(zhì)中，波長和光速同時(shí)改變，頻率不變。頻率決定顏色。頻率、光速、波長有以下關(guān)系：當(dāng)前15頁，總共60頁。此后，光學(xué)開始進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期，以致于成為現(xiàn)代物理學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)前沿的重要組成部分。二十世紀(jì)六十年代，激光問世。從此光學(xué)有開始了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，并發(fā)展出了許許多多新興的光學(xué)學(xué)科，如：傅立葉光學(xué)薄膜光學(xué)集成光學(xué)纖維光學(xué)全息光學(xué)紅外與微光技術(shù)等等……當(dāng)前16頁，總共60頁。光學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛工業(yè)上：工具顯微鏡、汽車車身的檢測、機(jī)器人視覺、材料金相結(jié)構(gòu)顯微鏡。車身模型數(shù)字化系統(tǒng)當(dāng)前17頁，總共60頁。農(nóng)業(yè)上：收割、除草、葉面與果實(shí)的檢測。

葉面積儀當(dāng)前18頁，總共60頁。軍事上：望遠(yuǎn)鏡、夜視儀、導(dǎo)彈制導(dǎo)、激光測距、無人駕駛偵探機(jī)、平視顯示器等等紅外偵察當(dāng)前19頁，總共60頁。激光制導(dǎo)當(dāng)前20頁，總共60頁。潛望鏡當(dāng)前21頁，總共60頁。紅外雷達(dá)和平視顯示器

當(dāng)前22頁，總共60頁。醫(yī)學(xué)上：CT、胃鏡、虹膜檢測、生物檢測

通信上：光纜通信航天上：資源勘探、星際探索哈勃號太空望遠(yuǎn)鏡是被送入軌道的口徑最大的望遠(yuǎn)鏡?？傞L12.8米，鏡筒直徑4.28米，主鏡直徑2.4米，連外殼孔徑則為3米，全重11.5噸當(dāng)前23頁，總共60頁。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡當(dāng)前24頁，總共60頁?！肮碧胀h(yuǎn)鏡拍攝的獅子座“NGC3370”螺旋星系的照片當(dāng)前25頁，總共60頁。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的宇宙快速膨脹的照片當(dāng)前26頁，總共60頁。哈勃望遠(yuǎn)鏡2002年5月到12月拍攝到的太空神秘發(fā)光星體圖片當(dāng)前27頁，總共60頁。人們還在不斷研究光的應(yīng)用領(lǐng)域宇宙1號太陽帆宇宙1號的太陽帆面積為530.93平方米，由光壓獲得的推力為255克。如果太陽帆的直徑增至300米，其面積則為70686平方米，由光壓獲得的推力即為0.034噸。根據(jù)理論計(jì)算，這一推力可使重約0.5噸的航天器在200多天內(nèi)飛抵火星，飛行距離1.2億公里。日用：掃描儀、光碟、照相機(jī)當(dāng)前28頁，總共60頁。應(yīng)該指出的是，人們對光的認(rèn)識還遠(yuǎn)未完結(jié)，對光的本性、傳播規(guī)律以及光與物質(zhì)相互作用的研究還在不斷繼續(xù)。當(dāng)前29頁，總共60頁。光學(xué)是一門什么樣的科學(xué)？狹義來說，光學(xué)是關(guān)于光和視見的科學(xué)，optics(光學(xué))這個(gè)詞，早期只用于跟眼睛和視見相聯(lián)系的事物。而今天，常說的光學(xué)是廣義的，是研究從微波、紅外線、可見光、紫外線直到X射線的寬廣波段范圍內(nèi)的，關(guān)于電磁輻射的發(fā)生、傳播、接收和顯示，以及跟物質(zhì)相互作用的科學(xué)。當(dāng)前30頁，總共60頁。光學(xué)的研究內(nèi)容

基礎(chǔ)光學(xué)物理光學(xué)幾何光學(xué)：波動光學(xué)：研究波動性量子光學(xué)：研究粒子性采用光的直線傳播概念，研究光傳播的基本規(guī)律和光通過光學(xué)系統(tǒng)成像的原理和應(yīng)用，也稱為應(yīng)用光學(xué)。當(dāng)前31頁，總共60頁。通過本門課程的學(xué)習(xí)，使大家了解在光電測量儀器設(shè)計(jì)中所需的一些基本概念、基本設(shè)計(jì)術(shù)語、基本設(shè)計(jì)方法等等。幾何（應(yīng)用）光學(xué)的學(xué)習(xí)目的當(dāng)前32頁，總共60頁?！?節(jié)光源：光的相干性

=(E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射波列波列長L=c(≈10-8s)激光光源2、發(fā)光機(jī)制：1、光源普通光源當(dāng)前33頁，總共60頁。

普通光源：自發(fā)輻射獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)··獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光)激光光源：受激輻射

=(E2-E1)/hE1E2完全一樣當(dāng)前34頁，總共60頁。3、單色光與復(fù)色光

單色光：具有單一頻率（波長）的光波復(fù)色光：具有不同頻率（波長）的復(fù)合光

0oII0I0/2譜線寬度4、相干光的疊加頻率相同，振動方向平行，相位差恒定的兩束光為相干光，相遇后在空間形成強(qiáng)弱相間的穩(wěn)定分布——相干疊加。當(dāng)前35頁，總共60頁。光是電磁波：波長在400～760nm，是橫波。ZEuYHX

引起視覺和化學(xué)效應(yīng)的是電場強(qiáng)度矢量E，把E矢量稱為“光矢量”。5、光的相干性當(dāng)前36頁，總共60頁。§2節(jié)光的干涉1、普通光源獲得相干光的途徑pS

*分波面法分振幅法·p薄膜S*兩種方法：（1）.分波陣面法—楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)等（2）.分振幅法—薄膜干涉當(dāng)前37頁，總共60頁。

非相干光源

I=I1+I2—非相干疊加

相干光源

▲相長干涉（明）(k=0,1,2,3…)▲相消干涉（暗）

(k=0,1,2,3…)

不同原子、同一原子不同時(shí)刻發(fā)出的光是不相干的。當(dāng)前38頁，總共60頁。二、光程與光程差

真空中··dabλ

媒質(zhì)中··abndλn媒質(zhì)n─媒質(zhì)中波長1、光程

:

L=nd（單一介質(zhì)）─真空中波長…………n1n2nmd1d2dmL

=

(nidi

)（多種介質(zhì)）當(dāng)前39頁，總共60頁。2、光程差：

=L2-L1[例]·S1S2r1r2dnpP:

Sacb··S4、透鏡的等光程性3、相位差和光程差的關(guān)系：當(dāng)前40頁，總共60頁。5、用光程差判斷干涉結(jié)果相長干涉（明）相消干涉（暗）相長干涉（明）相消干涉（暗）當(dāng)前41頁，總共60頁。

§3節(jié)楊氏雙縫干涉SdD實(shí)驗(yàn)裝置及現(xiàn)象當(dāng)前42頁，總共60頁。光程差：S1、S2分得點(diǎn)光源S同一波振面的光dD干涉明暗條件：相干光：當(dāng)前43頁，總共60頁。條紋間距(1)一系列平行的明暗相間的條紋；

(3)屏中間O處為明紋，靠近O處為級次低；

討論：

(2)不太大時(shí)條紋等間距；明紋

暗紋

(4)當(dāng)前44頁，總共60頁。思考：媒質(zhì)折射率為n中暗紋中心：明紋中心：dD光程：條紋間距當(dāng)前45頁，總共60頁。光強(qiáng)公式若I1=I2

=I0

,則光強(qiáng)曲線I02-24-4k012-1-24I0x0x1x2x

-2x-1sin0/d-/d-2/d2/d當(dāng)前46頁，總共60頁。條紋移動N=4例題

楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)，=500nm，在一光路中插入玻璃片（n=1.5）后O點(diǎn)變?yōu)?級明紋中心。求：玻璃片厚度e。解：光程差改變O當(dāng)前47頁，總共60頁。勞埃德鏡實(shí)驗(yàn)D直射光光程反射光光程？思考：與楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)相比干涉條紋有哪些相同、不同之處？半波損失：光由光疏質(zhì)射向光密質(zhì)時(shí)，反射波的相位要發(fā)生π的突變，好象損失了半個(gè)波長的光程一樣。當(dāng)前48頁，總共60頁。

§4節(jié)薄膜干涉（一）（暗）=薄膜干涉相長與相消的條件當(dāng)前49頁，總共60頁。明紋暗紋傾角i相同的光線對應(yīng)同一條干涉條紋—等傾干涉。

形狀:等傾干涉條紋特點(diǎn):一系列同心圓環(huán)條紋間隔分布:內(nèi)疏外密條紋級次分布:e一定時(shí)，波長對條紋的影響:膜厚變化時(shí),條紋的移動：面光源:只要i相同，將匯在同一涉環(huán)上（非相干疊加）※均勻膜當(dāng)前50頁，總共60頁。等傾條紋照相和觀察等傾條紋的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示等傾條紋照相inMLS

f裝置和光路屏當(dāng)前51頁，總共60頁。例題白光照射空氣中的平行薄膜，已知h=0.34m，n=1.33問：當(dāng)視線與膜法線成60o和30o時(shí)觀察點(diǎn)各呈什么顏色？解當(dāng)前52頁，總共60頁。ennn·A反射光2反射光1單色平行光垂直入射A點(diǎn):1、2的光程差明紋：暗紋：一、劈尖（劈形膜）§5節(jié)薄膜干涉（二）—等厚干涉同一厚度e對應(yīng)同一級條紋——等厚條紋當(dāng)前53頁，總共60頁。明暗紋對應(yīng)的膜的厚度明紋：暗紋：相鄰兩條紋條紋中心間距膜厚度差Leekek+1明紋暗紋當(dāng)前54頁，總共60頁。二、牛頓環(huán)

.S分束鏡M顯微鏡oerR·暗環(huán)

o平凸透鏡平晶光程差：(1)牛頓環(huán)特點(diǎn)：

級次—內(nèi)低外高間距—內(nèi)疏外密膜厚度與環(huán)半徑的關(guān)系：當(dāng)前55頁，總共60頁。(k=0,1,2,…)第k個(gè)暗環(huán)半徑暗環(huán)：明環(huán)：(k=1,2,…)第k個(gè)明環(huán)半徑環(huán)半徑之間關(guān)系當(dāng)前56頁，總共60頁。三、等厚條紋的應(yīng)用1、劈尖的應(yīng)用測波長：已知θ、n，測L可得λ測折射率：已知θ、λ，測L可得n測細(xì)小直徑、厚度、微小變化Δh待測塊規(guī)λ標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)平晶測表面不平度等厚條紋待測工件平晶當(dāng)前57頁，總共60頁。2.牛頓環(huán)的應(yīng)用

測透鏡球面的半徑R：已知,測

m、rk+m、rk，可得R。

測波長λ：

已知R，測出m

、rk+m、rk，可得λ。

檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)待測透鏡暗紋當(dāng)前58頁，總共60頁。光束2′和1′發(fā)生干涉若M2、M1平行