双缝光程.ppt

波列长 L = c
能级跃迁辐射
5
1）普通光源：自发辐射
· ·
独立（不同原子发的光）
独立（同一原子先后发的光）
2）激光光源：受激辐射
E2


= (E2-E1) / h E1
完全一样（传播方向，频率， 位相，振动方向）
6
4. 相干光的获得
原理：使同一个点光源发出的光分成两个或两
个以上的相干光束使它们各经过不同的路径后再相遇
n2
(2) 当光从折射率小的光疏介质，正入射或掠入射 于折射率大的光密介质时，则反射光有半波损失。
有半波损失
n1 n1 n2
n2
16
7.1.3 光程 光程差
1. 光程差δ ：
相位差在分析光的叠加时十分重要，为便于计算 光通过不同媒质时的相位差，引入光程概念。
光通过媒质时频率
不变，但波长
要变，设为
第7章 波动光学
由于天文学和航海上应用的需要，几何光学以光的
直线传播以及光在两种介质表面的反射和折射定律为基
础首先得到了发展。随后，在探索光的本性时，牛顿主
张的“微粒说”与惠更斯主张的“波动说”发生了激烈
的争论，直到19世纪初，托马斯·杨的双缝干涉实验与菲
涅耳的衍射实验先后获得成功，使光的波动说得以承认。
D

明纹： 2k π, k 0,1,2,

k,
x k
k
D d

暗纹： (2k 1) π，k 1,2,

(2k 1) ,
2
x k
(2k 1) D
2d
条纹间距：
x

D d

9
2. 干涉条纹的特点
（1）一系列平行的明暗相间的条纹；
波动光学和量子光学，统称为物理光学。
20世纪60年代激光问世后，光学有了 飞速的发展，形成了非线性光学等现代光学。
2
7.1 光的干涉
7.1.1 相干光的获得
/ nm
1.光是电磁波
/m
/ Hz
/ Hz
可见光的波长范围： 400 nm～ 760 nm
3
2．相干条件
两列光波的叠加
B

E c
,
B

E E ：光矢量E02 E120 E220 2E10E20 cos
光强分布：
I I1 I2 2 I1I2 cos
干涉项
满足相干条件（频率相同、振动方 向相同、相位差恒定 ）则：
E20
E0
2 1 E10
相长干涉（明） 2k π，
I Imax I1 I2 2 I1I2
到19世纪的后半期，由于麦克斯韦电磁理论的成功，人
们逐渐认识到，光是电磁波。这样一来，到19世纪末，
光被纳入了电磁理论范畴，并将以波动理论为基础的光
学称作为波动光学。进一步的探索使物理学家提出一个
全新的观念：光具有波粒二象性。波粒二象性彻底摒弃
了原来的粒子与波动的机械模型，将一对同时存在而又
矛盾的两个对立面统一了起来。在这一章，我们将主要
加了介质
附加的 19
4.透镜不产生附加光程差
在干涉和衍射装置中经常要用到透镜，
光线经过透镜后并不附加光程差。
Aa Bb Cc
A B C
a
b c
a
S· b
c
焦点 F、F 都是亮点，
F· 说明各光线在此同相叠加。
而 A、B、C 或 a、b、c
F· 都在同相面上。说明 AF，
F BF， CF 或 AF，
1. 明暗条纹的分布规律
细线光源
单色
s
s1
s2
d ~ 104 m , D ~ m
20- 10=0 明暗条纹取决于波程差
波程差：


r2
r1

d sin
d
tg

d
x D
相位差： 2 π

8

r1 P ·x x

d
r2
0
x
x0
x


d
x D
I 2 π
x k11D k22 D
d
d
k2 1 450 3 k1 2 600 4
第一次： k2 3,k1 4; 第二次： k2 6,k1 8;
x 81D 62D
d
d
12
4.其他分波面干涉装置
双棱镜
S1 S
d
S2
D
双棱镜的干涉 处理办法：等效双缝
13
是云母片。
结论3：产生的附加光程差Δδ和条纹移动 距离Δl及条纹间距Δx的关系为：
l x
21
光的干涉问题 分析的要点:
1）如何获得的相干光；搞清发生干涉的光束；
2）计算光程差；明、暗纹 条件：
k 明 (2k 1) / 2
暗
3）搞清干涉条纹特点：
形状、 间距、 级次位置分布、条纹移动等；
定义： 光程 nd
2. 相位差：
Δ2 1
相位差和光程差的关系： Δ 2 π
初始存在的

相位差的构成 光程差引起的
真空中波长
半波损失引起的
18
3. 光程的意义：
把光在不同媒质的传播的距离都折算为光在真
空中传播的距离。光在介质中走过r的路程与光在真
空中走过nr的路程相当。 ①所需的时间相同r/vn=nr/c
4）洛埃德镜实验 说明了什么？
洛埃镜实验与杨氏实验的异同：
异： 条纹出现的范围（区域）不同；
明、暗纹的位置相反。
同： 相邻明纹间距相同。
22
②包含的波数相同r/λn=nr/ λ
③相位的改变相同2πr/λn= 2π nr/ λ
【例】计算图中光通过路程r1和r2在P点的光程差。
S1 n
r1 r2
·P
2 1
r2 d nd r1
S2 d
r2 r1 n 1d
未加介质 就有的

。
n
真空中 a λ
·
b·
Δ

b
a

d

2π
d 媒质中
…真空中波长
a ·
n
b·
d 媒质
Δ

b
a

d
n
2π
n…媒质中波长
17
c
因为 所以
n
Δ
u b
n
a

d
n
2π

nd

2π
nd —在折射率为 n 的媒质中，光走距离 d
的等效真空路程。
设 I1 = I2 = I0，则光强为
I

4I0
cos2

2
明纹
xk

k
D d

暗纹
xk
( 2k 1) D
2d
11
例题：用λ1＝450nm和λ2＝600nm的两种光正入射 于双缝，若D、d已知，求屏上这两种光明纹第二次 重叠的位置。（不含中央明纹）
解：设重叠处λ1为第k1级，λ2为第k2级，则有：
讨论体现光的波动性的干涉、衍射和偏振现象。
1
光学研究光的传播以及它和物质相互作用。
通常分为以下三个部分：
几何光学： 以光的直线传播规律为基础， 主要研究各种成象光学仪器的理论。
波动光学： 研究光的电磁性质和传播规律， 特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用。
量子光学： 以光的量子理论为基础， 研究光与物质相互作用的规律。
移；反之，透明片加在下缝后，条纹整体向 下平移，但条纹间距不变。
S
r2
1
O
S2
结论2：加上厚度e，折射率为n的透明薄片后，产生的附加光
程差为：Δδ＝（n-1)e
第三级明纹，两光路 的光程差应等于3λ
( n 1)e 3
n

3 e
1

3 550109 2.58 106
1 1.58
BF， CF 各光线等光程。
·S
物点到象点（亮点）各
光线之间的光程差为零。
20
例题 在双缝实验中，入射光的波长为550nm，用一厚
e =2.85×10－4cm的透明薄片盖着S1缝，结果中央明纹移到原来第 三条明纹处，求透明薄片的折射率。
结论1：透明片加在上缝后，条纹整体向上平
S1
r1
O
S
S1
M1
M2
S2
双面镜的干涉
处理办法：等效双缝
14
洛埃镜、半波损失
S
d
M
S’
D
洛埃镜的干涉
处理办法：等效双缝
d sin
2
注意：光程差 公式中出现了
2
15
半波损失
(1 ) 当光从折射率大的光密介质，入射于折射率 小的光疏介质时，反射光没有半波损失。
没有半波损失
n1 n1 n2
相消干涉（暗） (2k 1) π，
I Imin I1 I2 2 I1I2
4
非相干光： cos 0
I =I1+I2 —非相干叠加 3．普通光源不是相干光源
光源发光，是大量原子、分子的微观过程。
能级、跃迁、辐射、波列
E2
波列
= (E2-E1)/h
持续时间～10－8s E1
满足(k+1)Dλ 1/d≥kDλ2/d