17-1相干光 分波阵面法干涉

独立(不同原子发的光)
独立( 同一原子先后发的光 )
结论：两个独立的光源不可能成为一对
相干光源
原因：原子发光是随机的，间歇性的，两列
光波的振动方向不可能一致，周相差 不可能恒定。 光源A
两束光 不相干！
光源B
3、普通光源获得相干光的途径（方法）
原则:同出一源,自身相干 a 分波前的方法 b 分振幅的方法 杨氏干涉 等倾干涉、等厚干涉
第十七章
波动光学
第十七章
主要内容
波动光学
第一讲：相干光、分波面法干涉
第二讲：分振幅法干涉 第三讲：单缝衍射
第四讲：圆孔衍射、衍射光栅
第五讲：光的偏振
第一讲：相干光、分波面法干涉 本次课内容
17-1 相干光 17-2杨氏双缝干涉实验 课本P106--115
第17章
17-1 光的电磁理论
波动光学
光的相干性
c 分振动面的方法 偏振光干涉
分波面法
分振幅法
p
S*
S *
p ·
薄膜
四.
光程和光程差
2r E1 (r1 , t ) A1 cos( t 10 1 )

2r E2 (r2 , t ) A2 cos( t 20 2 )
相位 差
图 1 两列波的叠加
01 02 2 (
假定
2
r2

1
r1
)
01 02
2 (
2
r2

1
r1
)
又
因为：=0/n
则：
2 2 ( n2 r2 n1 r1 ) 0 0
定义：光程= nr=cr/u=ct
则：光程表示在相同的时间内光在真空中通过 的路程
S1
S2
r1
r2
h
同时满足：
r2 r1 (n 1)h 0
k h n 1
本 次 课 完
一、光波
真空中
“光波是电磁波”
c
u
1
0 0
1
2.99792458 10 ms
8
1
介质中


1
0 r 0 r

c
r r
介质的折射率
c n u
二、光矢量和光强
光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理 作用）的是 E 矢量，称为光矢量。E 矢量的振动 称为光振动。
S1
S2
r1
r2
h
解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差
(r2 h nh) r1
当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：
r2 r1 (n 1)h 0
所以零级明条纹下移
原来k 级明条纹位置满足：
r2 r1 k
设有介质时零级明条纹移
到原来第 k 级处，它必须
p
r2 r1 d sin x d tg d D
S
d
S2

x o
D
D >> d
D k , x k k , k 0,1,2…， 干涉加强 d D (2k 1) , x( 2 k 1) (2k 1) ，干涉减弱 2 2d
即：光程这个概念可将光在介质中走过的路程，折算 为光在真空中的路程 则： δ= n2r2—n1r1 表示两束光的光程差
问：
不同光线通过透镜要改变传播方向， 会不会引起附加光程差？
即： A、B、C 各点到
F 点的光程都相等？
答：
A B C
a
c
b
F
AaF 比BbF 经过的几何路程长，但BbF在透镜 中经过的路程比AaF长，透镜折射率大于1，折算 成光程， AaF的光程与BbF的光程相等。
S d S 2
S1
M1
C
挡光板
W
x
o
M2
W'
D
2、洛埃镜实验
装置： S1：光源 ML：平面镜
E
E
p p'
S1
挡光板
d
S2
M
L
D
Q' Q
当屏幕 E 移至E'处，从 S1和 S2 到 L点的光程 差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射时有半波 损失存在。
例：已知：S2 缝上覆盖的介质厚度为 h ，折射率为 n ， 设入射光的波长为. 问：原来的零级条纹移 至何处？若移至原来的 第 k 级明条纹处，其厚 度 h 为多少？
要使两列波在P处产生相干叠加

两列波相干的条件： （1）频率相同
图 1 两列波的叠加
（2）振动方向相同 （3）具有固定的位相差
2、普通光源的发光机制
光源的最基本发光单元是分子、原子 辐射跃迁
E2
= (E2-E1)/h
辐射波
E1
10 秒
8
波列长 L = c
普通光源：自发辐射
• 发光的间隙性 • 发光的随机性
结论：
使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。
17-2
一、杨氏双缝干涉实验
分波前干涉
1、实验装置及现象
k=+2
S*
S1 *
k=+1 k= 0 k=-1
S2 *
I
干涉条纹特点：
k=-2
(1)明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧；
wk.baidu.com(2)相邻明条纹和相邻暗条纹等间距；
2、实验现象分析


S1
r1 r2
在光学中，通常把平均能流密度 S 称为光强，
用I表示。 在波动光学中，主要讨论的是相对光强，因此 在同一介质中直接把光强定义为：
IE A
2 0
2
三.
光源、相干光源
1、光的相干性
2r1 E1 (r1 , t ) A1 cos(1t 10 )

2r2 E2 ( r2 , t ) A2 cos( 2 t 20 )
两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。
D x xk 1 xk d
D, d恒定 x
附：若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。
（干涉光谱）
k 3 k 1 k 2
k 1
k2
k 3
二
其他分波阵面的干涉
1、 菲涅耳双面镜实验： 装置：
S：光源 M1、M2 ：平面镜