51杨氏双缝干涉精品PPT课件

✓ 中间级次低，两边级次高；
✓ 条纹间距与入射光的波长成正比。
（3）条纹的位置、间距随 、d 、d ' 而变化；
思考:（1）若用白光照射双缝，干涉条纹
如何分布？
p
s1
s do
r1
s2
r2
x
o'
d'
思考:（2）若把整个实验装置放在水中，
干涉条纹如何变化？
p
s1
s do
r1
s2
r2
x
o'
d'
二、杨氏双缝干涉
场的空间相干性.
光源到双缝的距离
双缝间距
dl
b
能发生干涉的光 源的极限宽度
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（6）为什么用普通光源只在中央明条纹附近较小 的范围内看到干涉条纹？
光的衍射的影响
光源非单色性的影响
I
I0
I0 2
O
2
2
max
k
2
三、杨氏双缝干涉
讨论：
（6）为什么用普通光源只在中央明条纹附近较小 的范围内看到干涉条纹？
“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并因此非得认 为他是百无一失的。我遗憾地看到他也会弄错， 而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”
（2）菲涅耳采用波动说解释了偏振光的 相干性，并指出光是横波；
（3）19世纪中期，麦克斯韦由理论得到： 光是电磁波，光的传播无需介质。
光学发展简史
3. 光具有量子性
19世纪末20世纪初， Albert. Einstein 解释光电效应： 光具有量子性（光子） （具有崭新内涵的微粒说）
光具有波粒二像性(duality)
光学
研究各种光现象、光的本性、光与物质 相互作用的规律。
几何光学 以光的直线传播规律为基础，研究各种
光学仪器的理论。
“粒子”
波动光学 研究光的电磁性质和传播规律，特别是
光的干涉、衍射和偏振规律。“波”
量子光学 以近代量子理论为基础，研究光与物质
相互作用的规律。
“波粒二象”
• 光的干涉和衍射是光波发生相干叠加的结果。
1.光波叠加原理
对于在真空中传播的光或在介质中传播的不
太强的光，当几列光波相遇时，其合成光波的光 矢量 等E于 各分光波光 矢量的 矢量和。
E E 1 E 2 E 3
一、相干光
2.光的相干叠加
若两束光的光矢量 E 满足相干条件，则它们是 相干光，对应的光源叫相干光源。
原理: 光源可以看成由许多彼此独立的线光源组成，
它们不相干.总的干涉条纹为各个条纹光强的 非相干叠加.
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（5）光源大小对干涉条纹的影响
对于具有一定尺度的光源来说，它所发出的
光波波阵面沿垂直于波线方向上并不是任意两
处的光都产生干涉，只有来自两点距离小于某
一值的光才是相干的. 我们把这一特性称为光
1.实验装置及原理
s1
s do
r1
r2
s 2 r
d'
d'd
p
B
x
o'
2.干涉条纹的分布
k, k0,1,2,明条纹中心 rdsin (2k1)2, k1,2,暗条纹中心
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（1）相邻明（暗）条纹中心间距；
xxk1xk
d
d
（2）双缝干涉条纹的特点；
✓ 不太大时条纹等间距；
✓ 一系列平行的明暗相间的条纹；
激发态
基态
由于普通光源中大量原子发 出波列具有独立、偶然、间歇 的特点，很难同时满足相干条 件，故不能构成相干光源.
一、相干光
4.如何获得相干光 ?
将普通光源的同一束光分割为两束或多束， 使之经不同路径后相遇而产生干涉现象。
基本方法：分波阵面法、 分振幅法、 分振动面法
杨氏双缝干涉
薄膜干涉
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（4）与杨氏双缝干涉相似的装置： 双镜
P
M1
sL
s1
d
s2
C
M2
d'
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（4）与杨氏双缝干涉相似的装置： 劳埃德镜
P'
P
s1
d s2
暗纹
M
d'
光从光疏介质垂直入射或者掠射至光密介质，反射光 的相位较之入射光的相位跃变了π，相当于反射光与入
射光之间波程差变化了半个波长. —— 半波损失
照相机镜头前有无偏振片的效果对比
A
A
B
B
量子光学应用
一、相干光
• 光波是一种电磁波，振动的是电场强度
E 和磁
场强度 ；H :3. 1 9 1H 0 4 4~ 7 z .1 5 1H 0 4 z
•
:4 0n 0m ~7 6n 0m
其中能引起人眼视觉和底片感光的是 E,故通
常把 叫E做光矢量；
S1 S
S2
S1 S
S2
可以看到干涉现象
看不到干涉现象
只有同一波列分成的两部分经不同的光程再相遇时
才能发生干涉. 这一属性称作光的时间相干性.
思考：在双缝的某一缝前放一层很薄的
介质膜（如薄云母片），干涉条纹将如何 变化？
p
s1
s do
r1
s2
r2
x
o'
d'
真空中
三、光 程
c
a·
b·
L
2 L
空间光强分布：
II1I22I1I2cos
I
I1 = I2 = I0
4I0
2I0 I0
4 3 2 0 2 3 4
一、相干光
讨论: 两个普通光源，在它们都能照到的区域， 能观察到明暗相间的条纹吗？为什么？
3.原子发光模型
原子或分子是物质发光的基元，它们通过
能级跃迁所发射的光是一个个有限长的光波列。
1. 第九周期中考试（振动、波动、光学）; 2. 推荐两本参考书：
（1）物理学（第五版）学习指导，马文蔚 等编， 高等教育出版社
（22004
NO. 5-1 2010－10－19
提纲
1.了解光学的发展历史及分类 2.掌握光的相干条件及获得相干光的途径 3.掌握杨氏双缝干涉装置、条纹特点 4.了解空间相干性和时间相干性
─真空中波长
介质 中
介 质
v
a· b·
Ｌ
n
2 L 2 nL
n
Hale Waihona Puke Baidu
n─ 介质中波长
1. 光程 nL
光在折射率为n 的介质中通过几何路程 L 所产生的相位变化相当于光在真空中通过 nL 的路程发生的相位变化.
例：杨氏双缝实验双缝间距为 d0.2m，m屏到双缝 距离 d'2m，若测得干涉条纹中第三级明条纹到屏
中心的距离为18.9mm，求： （1）此单色光的波长； （2）相邻明条纹的间距。
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（5）光源大小对干涉条纹的影响
在双缝干涉实验中，如果逐渐增加光源狭缝 S的宽度，则在屏P上的条纹就会变得逐逐渐渐模模糊糊，， 最后完全消失.
5.掌握光程的概念
光学发展简史
1. 十七世纪两种学说的争论
（1）光的微粒说
可以解释：光的直线传播、 光的反射、折射
不能解释：光的双折射现象
（2）光的波动说
可以解释：光的干涉、衍射、光的直线 传播、反射、折射及双折射等现象。
光学发展简史
2. 波动说的崛起
（1）托马斯·杨的双缝干涉实验（1801） 为波动说提供了有力的证明。