光学教学课件电子教案全套课件一.pptx

光的干涉

;学习重点：

1、杨氏双缝干涉

2、薄膜干涉

3、牛顿环

4、迈克尔逊干涉仪

5、多光束干涉;第一章光的干涉

光的本性是什么？

波动性：光有干涉、衍射和偏振现象。

粒子性：光电效应和康普顿效应。

;§1-1光的电磁理论;三、光是一种横波;四、可见光谱

波长390nm——760nm

频率7.5×1014Hz——4.1×1014Hz;五、光强

能流密度：在单位时间内通过与波的传播方向垂直的单位面积的能量或单位面积的光功率。;§1-2波动的独立性、叠加性和相干性

一、机械波的独立性和叠加性

1、机械波的独立性

波在相遇的区域内，只要振动不十分强烈，就能保持自己的特性（频率、振幅和振动方向）按自己原来的传播方向前进，彼此不相互影响。

;2、机械波的叠加性

波在相遇的区域内，介质质点的合位移为各波分别单独传播时在该点引起的位移的矢量和。;三、相干叠加和非相干叠加

1、相干光源和不相干光源;3、干涉现象及其干涉花样

相干条件：振动方向相同，频率相同，位相差恒定

干涉现象：振动强度按空间周期性变化

干涉图样：在叠加区域内，各点处的振动强度有一定的非均匀分布的整体图象。;(2)激光光源的发光机制

激光是受激辐射放大的光，激光具有单色性好、方向性好、亮度高、相干性好的特点。;2、光的相干性

对于机械波，两列振动方向相同的同频率的简谐波一定相干，但是用两个独立的同频率的单光源却不一定能获得光的干涉图样。;在光波的两个场量E和H中，对人眼和感光仪器起主要作用的电矢量E，因此将E称为光矢量。考虑两个同频率单色光在空间某点的光矢量，其大小为;若E1、E2同方向，则合成后的E：;在观察的间隔t内，平均光强I：;由于分子或原子发光的不规则性和间歇性，有;若两束光来自同一光源，且;若;特别地，若I1=I2=I0，则;(总结)光的相干条件

光波的相干条件是：光矢量的振动方向相同，频率相同，位相差恒定。

满足相干条件的光称为相干光。;;由于n1，光在介质中的波长要比光??真空中的波长短。

定义光程△=nr;设光在媒质中传播几何路程r所需时间为t，则ct=(c/v)d，即ct=nr。

由此可知，光程在数值上等于在相同的时间内光在真空中所通过的路程。

因此，光程将光在介质中传播的距离折算成真空中的长度。;2、位相差和光程差;二、干涉条纹的形成

1、位相差;2、光程差;3、干涉条纹的轮廓

以r1-r2为常数的双叶旋转双曲线，而在平面光屏上为一组以强度相等为特征的点的轨迹的双曲线（近似为直线）;4、干涉条纹的光强分布;5、干涉条纹的间距;（2）相邻两个亮（暗）条纹的间距;6、对干涉花样的分析;（3）r0和d一定时，?y与?成正比。

（4）白光做光源时，j=0为白色，其余为彩色，且内紫外红（相对j=0）。

（5）干涉花样实质上体现了参与相干叠加的光波间位相差的空间分布，即干涉花样的强度记录了位相差的信息。;7、干涉条纹的移动;（4）在光路中加入介质;§1-4分波面双光束干涉

一、光源和机械波源的区别

来自两个独立光源的光是非相干光，而来自同一光源的两个不同部分的光也不是相干光。

机械波源则是连续的、一般是相干的。;二、获得稳定干涉图样的条件

利用普通光源获得相干光的方法的基本原理是把由光源上同一点发出的光设法分成两部分，然后再使这两部分叠加起来。由于这两部分光实际上来自同一点光源，所以它们满足相干条件，因而是相干光。;从普通光源获得相干光的方法有三种：

1、让光束通过并列的几个小孔，即分割波阵面（例如杨氏双缝干涉）。

2、分割振幅的方法（例如薄膜干涉）。

3、分振动的方法（例如偏振光干涉）。;二、典型的干涉实验装置

1、杨氏双缝实验

杨氏(ThomasYong)所作的演示光的干涉效应的实验，第一次把光的波动学说建立在坚实的实验基础上，杨氏根据他的实验推算出光的波长，第一次测定了这个重要的物理量。;(1)实验介绍在单色光前放一狭缝S，S前又放有与S平行且等距离的两条平行狭缝S1和S2（在杨氏实验中，S、S1、S2均为小孔），S1和S2之间的距离很小（约为0.2mm），它们构成一