大学物理】第10章光的干涉2010级

b)当I1
I
时，V
2
0，明暗条纹不清晰。
10. 1杨氏双缝干涉实 验
因为 1 2
设两列光波的波动方程分别为：
E1P
E10
cos(t
1
2
r1 )
E2 P
E20
cos(t
2
2
r2 )
2（r2 -r1)＋（1 2）
2kπ时 干涉相长
2k 1 π 干涉相消
r2 r1 k 干涉相长
在时间内，平等地经历0 ~ 2的所有可能取值
0 cos dt 0
这种合光强等于分别
I I1 I2 照射的光强之和的光
束叠加称为非相干叠加
平均光强： I I1 I2 2
I1I2
1
cos dt
0
（2）相干光
2（r2 -r1)＋（1 2）
P点光强度： I I1 I2 2 I1I2 cos
获取相干光的方法之一：分波阵面法
分波阵面法
s1
*
s
s2
惠更斯原理（惠更斯作图法)
p
由狭缝S发出的同一波阵面的
光同时到达狭缝1和2，1和2
相当于两个子波源。因它们发
出的光来自于同一波阵面，因
而是相干光。
狭缝：理论上无限小
波阵面：等相面 空间相干性
第十章 光的干涉
10.1 干涉的光强分布
同频率、同振动方向两列光波
白光照射时，出现彩色条纹
讨论 条纹间距 x D (k 1)
d
1）条纹间距 与 的关系 ; d 、D 一定时，
若 变化 ，则 x将怎样变化？
讨论 条纹间距 x D (k 1)
d
1）d 、D一定时，若 变化，则 x将怎样变化？
D
明条纹位置：x k D
d
x D
d
▲ 2k , (k = 0,1,2,3…)
I Imax I1 I2 2 I1I2
干涉相长（亮）
▲ (2k 1) , (k = 0,1,2,3…)
I Imin I1 I2 2 I1I2 干涉相消（暗）
光强随相位差叠加图：
I1 I2
I Imax
I I1 I2 2 I1I2 cos
第三篇 波 动 光 学
一、 光的本性
牛顿的微粒说： 光是由光源发出的微粒流。
惠更斯的波动说：光是一种波动。
1801年，英国物理学家托马斯·杨首先 利用双缝实验观察到了光的干涉条纹， 从实验上证实了光的波动性。
1865年，英国物理学家麦克斯韦从他 的电磁场理论预言了电磁波的存在， 并认为光就是一种电磁波。
2E10 E20
cos
I I1 I2 2 I1I2 cos
P点的光强度I： I I1 I2 2 I1I2 cos
平均光强： I 1
1
Idt
0
0 (I1 I2 2
I1I2
cos )dt
I1 I2 2
I1I2
1
cos dt
0
（1）非相干光
2（r2 -r1)＋（1 2）
E20
cos(t
2
2
r2
)
合成光在P点的光振动方程为：
E
E10
cos(t
1
2
r1 )
E20
cos(t
2
2
r2
)
E0 cos(t )
其中 E0 E120 E120 2E10 E20 cos
2（r2 -r1)＋（1 2）
P点的光强度I： I正比于E02
E2 0
E2 10
E2 20
I1 I2
I
4I1
Imin
-4 2
o 2 4
-4 -
o 2 4
2
如果要观测到干涉条纹，还要看I
max与I
的对比度：
min
定义 V I max I min I max I min
V : 条纹明暗对比度。其取值范围为0 ~ 1
a)当I1 I2时，Imax 4I1，Imin 0，V 1，明暗条纹最清晰；
S1
r1
P
S1
E1 E10 cos(t 1)
S2
E2 E20 cos(t 2 ) S2
r2
两列光波单独存在时引起P点的光振动方程为：
E1P
E10
cos(t
1
2
r1 )
E2 P
E20
cos(t
2
2
r2
)
合成光在P点的光振动方程为：
E E1P E2P
E10
cos(t
1
2
r1 )
置
r
r1
D
r2
r1
(2k＋1)
2
Bp
r2
x
o
干涉相消
r d x D
k
(2k 1)
加强 减弱
k 0,1,2,
2
d
s1
r1
s
r2
o
s2
r
D
p
B
x
o
x
k D
d
D (2k 1)
明纹 暗纹
k 0,1,2,
d
2
明暗条纹的位置
k D
x
d D (2k 1)
d
2
明纹
k 0,1,2,
暗纹
独立(不同原子发的光)
独立(同一原子先后发的光)
两独立光源发出的两束光不产生干涉现象 如何获得相干光？？？
复制
相干光
把同一波列设法分成两部分所获得的两列光波才是相 干光
S
t
利用普通光源获得相干光的基本原理：
把由光源上同一点发的光分为两部分，然后再使这两部分叠加起来
由于这两部分光的相应部分实际上都是来自同一发光原子的同一次发光，因而满足 相干条件而成为相干光。
wenku.baidu.comx) u
X
H
Hm
cos (t
x) u
光振动： 电场强度矢量的周期性变化
光波的振动方程
E
Em
cos
(t
x u
)
光波的振动方向：
电场强度的振动方向称为光的振动方向。
光波的相干条件：
两列光波频率相同，振动方向相同，光波源的相位差恒定。
二、 普通光源的发光机理
： 普通光源
除激光源之外的各种发光物体；
普通光源的发光机制：
r2
r1
(2k＋1)
2
干涉相消
杨氏双缝干涉实验
实
d
s1
验s
装
o
s2
置
r
D d
r2 r1 k 干涉相长
r2
r1
(2k＋1)
2
干涉相消
r1
r2
p
B
x
o
D
sin tan x / D
波程差
x
r r2 r1 d sin
d D
r2 r1 k 干涉相长;
实 d s1
验s
装
o
s2
电磁波是横波：
电磁波谱
E、H的振动方向与传播方向垂直。
/ nm
/m
/ Hz
/ Hz
可见光的波长范围： 400 nm～ 760 nm
光波是特定频率范围内的电磁波
Y
v
E
H
o
Z
光矢量： 光波中的电场强度矢量
由于对人眼和感光器件起光化学作用的是电场
: 7.51014 ~ 4.31014 Hz
E
Em
cos (t
其发光机制是自发辐射
处在激发态的电子
处在基态的电子 原子模型
普通光源的发光机制
激
En
1
发 态
2
P
跃迁 基态
自发辐射
t : 108 ~ 1010 s
原子能级及发光跃迁
波列
间歇性：各原子发光是断断续 续的，平均发光时间t 约为 10-8 s，所发出的是一段长为 L =ct 的光波列。
随机性：
波列长L
每次发光是随机的，所发出各波列的振动方向 和振动初相位都不相同。