光的干涉(第1讲)详解

电磁波动说在解释“热幅射”及“光电效应”等实验时遇到困难。
在某些条件下，波动性表现突出，在另一些条件下，粒子性
表现突出。光具有波粒二象性。
五．现代光学时期
（从20 世纪50年代起）
富里叶光学、 相干光学、 纤维光学、 全息光学与全息技术…. 它是既古老又年轻的科学，也是现代技术的基础之一。 分类：
S
r2
x
O
k ~干涉级
0级,1级明纹
3．干涉条纹的分布(重点) x 波程差 r=(r2 r1) = d d dx 当 r= = (2 k +1) 时， d 2 干涉减弱条件 r1 S
1
明纹中心坐标： d (k=0,1,2,) x = k d x P B x I
1）几何光学——研究光的直线传播及光学仪器的制造；
2）波动光学——研究光的波动性； 3）量子光学——研究光与物质的相互作用。
11－1 相干光
几点说明： a)光是一种电磁波。可见光 14 ~ 4.31014Hz ： 7.5 10 能够引起人眼视觉和使底片感光的是E（光矢量） x
：400nm~760nm
理论：(1) 牛顿的微粒说： 光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒流。
u水 u空气
(2)惠更斯的波动说： u水 光是在特殊媒质“以太”中传播的机械波。 此间微粒说占据统治地位。
u空气
三．波动光学时期 (19世纪)
实验： 光的干涉(杨-英) 光的衍射(费涅耳-法)。 此间波动 理论： 麦克斯韦建立电磁场理论，指出光也是电磁波。说占主导 地位。 赫兹证实电磁波的存在；并测出光速。 确定光不是机械波 四．量子光学时期(19世纪后期——20世纪初) 普朗克提出能量量子化假说 爱因斯坦提出光量子假说 认为： 光是以光速运动的粒子流。 光到底是什麽？ ， 光也是物质的一种 它既具有波的性质、也具有粒子的性质。 它既非波、也非粒子、更不是两者的混合物。它就是它自己！
2级明纹 1级暗纹 1级明纹 0级暗纹 0级明纹 0级暗纹 1级明纹 1级暗纹 2级明纹
S
d S2 r
r2
O
d
暗纹中心坐标： d x = (2 k +1) 2d (k=0,1,2,) 0级,1级暗纹 (11-3)
明纹 暗纹
d x = k d P ( k =0,1,2, ) d x = (2 k +1) 2d B r1 S
c
(4000Å~7600Å)
E
H
z
y
b) 人眼对颜色的感觉是由光波的频率决定的。 c) 引起眼睛视觉效应和光化学效应的是光波场中的电场矢量 。 底片感光 光矢量 E d) 眼睛及物理仪器检测的光的强度就是光的能流密度。
I A2
定义：相对光强
IA E
2
2 0
11－1 相干光 一．光源 (发光体) 1．普通光源 ——由于自发辐射发出的光。
第十一章 波动光学
光的干涉
（第一讲）
作业：11-8、11-9
预习：11－3
光的干涉重点：1. 双缝干涉 2. 薄膜干涉 (劈尖、牛顿环)
波动光学 光学发展简史 概述： 人们对光的认识经历了一个“否定之否定”的过程。 一．光学的萌芽时期 (公元前5世纪~16世纪) 观察、实验：光的直线传播、反射和折射, 形成了“光线”的概念 发明：透镜、凹面镜、望远镜。 二．几何光学时期 (17~18世纪) 实验：建立了反射和折射定律 发现： 光的“色散”现象、红外线、紫外线
x = =常数
d d
条纹疏密均匀。 (11-J1) ——与k无关，
x =
S S S1 d r1 r2 d
d d
S2 讨论: 条纹间距x
屏
1）条纹间距x 与d 的关系 ； 1 、 d 一定时， x — d 2）条纹间距x 与 的关系 ； d、 d 一定时，
热光源： 利用热能激发 ──白炽灯、蜡烛…；
Laser 冷光源： 电致发光——电场激发(日光灯)； 光致发光——由 X 射线、放射线、可见光激发(荧光)； 激光器 化学发光——由化学能激发(磷光) 。
2．激光光源 ——由于受激辐射产生的光
E2
E1
二．相干光 1．单色光 具有单一波长(频率)的光。——理想情况
复色光： 具有多个波长(频率)的光。: 1～2
激光的单色性最好！ 如何获得单色光？
E S
2．光的干涉条件
频率相同；E 的振动方向相同； 相差恒定。
普通光源发出的光一般不能满足干涉条件。
3. 获得相干光的方法 对实验仪器的要求： ① 两束相干光取自同一波列：“一分为二”
② 光波的波程差小于波列长度。
方法有二： 1. 波阵面分割法； 2. 振幅分割法。
(1) 波阵面分割法 侧视图
双缝干涉
S1
r1Baidu Nhomakorabea
r2
侧视图 P
S
S2 单 缝
双缝
屏
(2) 振幅分割法 S P
透 镜 P
S 透 镜
薄膜
侧视图
11－2 杨氏双缝干涉 劳埃德镜 一．杨氏双缝实验 (1801) ※ 1．装置 和原理
S S1 S2
x
b．原双缝等宽，现将其 若为白光入射? 中一缝的宽度略变窄， 不同之间是否干涉？ 发生什么变化？
参与题：a． S，条纹动否？ x变否？ x变否？ 亮度变否？
例1 在杨氏双缝实验中，屏与双缝的距离 d =1m，用钠光灯作 单色光源(=589.3nm), 问(1) d=2mm和d=10mm两种情况下,相邻 明纹间距x各为多大？(2) 如肉眼仅能分辨两条纹的间距为 0.15mm,现用肉眼观察干涉条纹,双缝的最大间距是多少？
1
x
2级明纹 1级暗纹
S
d S2 r
r2
x
O
I
1级明纹 0级暗纹 0级明纹 0级暗纹 1级明纹 1级暗纹 2级明纹
d
说明： 1) 干涉条纹是平行于双缝的直线。 2) 条纹间距相等[相邻两明(或暗)纹中心的距离] d d x=xk+1 xk = (k+1) k d d
针孔 日光
屏 单 缝 双 缝
2．干涉条纹的分布(重点) S1、S2——同相相干波源
定量分析 P B r1
包括条纹的位置、 形状、 疏密。

S1
d
波程差
r =(r2 r1) dsin
d tan x S2 r = d d d dx 当 r= = k 时， 1m d～1mm) d << d x <<d (d ～ 很小 d 干涉加强条件 d 明纹中心坐标： x = k (k=0,1,2,) (11-2) d