波动光学

h
n=3 n=2
每一次发光是一有限长度一定 频率和振动方向的一个波列。
n=1
(基态)
0 108 s 1014 Hz c 3 108 m / s l 0 c 0
即使是同一原子的两次发光其频率、振动方向及周相也不一定
相同，我们看到的光是巨多波列的宏观效果，各波列千差万别。
(2)产生干涉 ①两相 现象的困难：同光源
1. 光（可见光）
① 波长范围：4000 — 7600 A
②
颜色分布：760
0
•
A
6
30
0
•
A
6
00
0
•
A
57
00
•
A
500
0
•
A
45
00
•
A
4
30
0
•
A
4000
•
A
红 橙 黄绿 青 蓝紫
③ 光是电磁波，具有波动特征(干涉、衍射特征) E为光矢量
▲
光的干 光振动方向相同频率相同，周相相同 涉条件：或周相差恒定的两列光波在空间相遇。
媒质折射率之积称光程。(n r)
n1r1 n2r2 例： s1
二光程之差为光程差 () n1
r1
p
n2r2 n1r1
n2
s2
r2
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第4篇 光学 第20章 光的干涉
2. 光程差与相位差的关系：
c 设：
真空：光速为 媒质：光速为
光在媒质中传播，周相落后值为：
，波长为
，波长为
2 r
。
n。
n
由光的折射定律： c n 又因为： n
k 0 1 2 3 （明纹条件） k 0 1 2 3 （暗纹条件）
用光程差表示：
k
(2k
1)
k0 1 2 k0 1 2
3 （明纹条件） 3 （暗纹条件）
2
3. 使用透镜不产生附加光程差：
f
f
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第4篇 光学 第20章 光的干涉
[本次课学习图解]
杨氏 双缝 实验
21..基 规同 名本 律期 实著 验明相原暗干理231... 菲纹洛菲条图涅埃涅条件：耳镜耳件：双实双：明面验棱 暗镜：镜Dd纹实半实x位验波验置损分k(失2布条k 、件1条)纹2 间明暗距纹纹
第4篇 光学 第20章 光的干涉
自古以来神奇的光一直吸引着人们：
光是什么？是粒子、是波、是能量？光怎样从物质中 发出？又怎样成为物质的一部分？光速为什是宇宙物质运 动的极限？………有些科学已作了回答，有些还在争论不 休。但人们一直在研究它，已带来了物理学一场又一场的 革命！
几何光学 光学
波动光学
光的干涉 光的衍射
p ②同一光源
p
的两部分
现象：只是强度的简单迭加。 4
第4篇 光学 第20章 光的干涉
3. 获得相干光的方法：
{ (1)
基本方法：把发点光光分源成或两缝部光分源，的然同后一再部迭分加。
分波阵面法； 分振幅法。
(2) 激光：是具有单色性、方向性、相干性都很好的强光。
二. 杨氏双缝干涉实验： (1801年）
3.
光程差：
用相位差表达 的明暗纹条件
用光程差表达 的明暗纹条件
2
k
(2k
2k
(2k
1)
1)
2
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第4篇 光学 第20章 光的干涉
[重点问题1] 杨氏双缝实验的光程差问题
例 1. 有一杨氏双缝干涉装置，如图所示，试问：
⑴ 当单缝S相对S1 S2 作相对移动，分析条纹变化?
⑵当双缝中S2 用一透明媒质插入时，分析条纹变化?
物理光学
光的偏振
量子光学
1
第4篇 光学 第20章 光的干涉
第20章 光的干涉
20.1 杨氏双缝干涉实验：
双缝干涉是历史上第一次观察 到的光的干涉现象的实验。该实验 标志着光的波动说的开端。 早期装置
改进装置
托马斯 - 杨(英) 1773-1829
2
第4篇 光学 第20章 光的干涉
一. 相干光源及获得方法：
解: (1)
S↑通过S1 的光程变 小，中央明纹位置下
S1
P
移，以保持δ=0。观
O
察o点，当S↑时，出 S
分波阵面法
1. 实验装置： 由于s1和s2是同一波阵面 x
上的两部分,满足相干条件
s s1
d
s2
r1
x
r2
o
I
D
条件：d D x D
5
第4篇 光学 第20章 光的干涉
2. 实验现象： 在屏幕上看到以中央为明纹，且上下对
称的明暗相间的干涉条纹。
x
s1 r1
d r2
s2
s1
d
r1
r2
s2
D
x
o
3.条纹位置分布规律： s1、s2 到 x点的波程差：
r2 r1
d sin
tg
ຫໍສະໝຸດ Baidu
x D
当：D d 时，sin tg
中央明纹
d D
x
k
(2k
1)
k 0 1 2 3 k 1 2 3 4
2
一级明纹 二级明纹
6
第4篇 光学 第20章 光的干涉
明纹位置： x D k
d
相干条件 相干光 相干光源
▲ 光的干 两束相干光在空间相遇，形成稳定的 涉现象：明暗条纹分布的现象叫光的干涉象。
3
第4篇 光学 第20章 光的干涉
2. 普通光源（热）发光的复杂性和形成干涉的困难：
(1)普通光源的发光本质：
n=4
{①各原子或分子发光具有独立性 ②原子或分子发光具有间歇性 (10 8 s)
D
该实验证明：光也具有半波损失！
9
第4篇 光学 第20章 光的干涉
四. 光 程 和2光程差1 ：2 (r2 r1 ) 两束相干光 ( 2 1 )
相干波在某点相遇时产生的周相差，不仅与波程差有
关，还与光经历的媒质有关(
光程和光程差的概念。
n)，为使研究问题方便提出
1. 光程：光在媒质中传播的几何路程与
三. 介绍同期另三个著名实验：
1. 菲涅耳双棱镜实验：s1 ds
s2
D
菲涅耳(法)1788-1827
2. 菲涅耳双面镜实验：
s
L
M1
d
s1 s2
c
M2
D
a1 a2 b1 b2
H 8
第4篇 光学 第20章 光的干涉
3. 洛埃镜实验：
s
d s'
M
D
P
HH H H
P点 d x 0，应该是明纹。 但实际却是暗纹！
式中±号表示条
暗纹位置： x D (2k 1)
d
2
纹具有对称性。
相邻明（暗）条纹间距：x
xk1
xk
D
d
x D 1 ，当：D 、 、d
d
x （干涉现象显著）
说明：(1) 已知d 、D、测出x，可计算出。
(2) 用白光照射：中央为白色条纹，两侧为由紫到红 的彩色条纹。
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第4篇 光学 第20章 光的干涉
T
n
T
cT n
n
上图： 1 2
二光源到P点的周相差：
2
(n2
r2
2 n1 r1 2 n2 r2
n1r1
)
2 n1 r1
2
n2r2
2
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第4篇 光学 第20章 光的干涉
即： 2
两相干光的周相差，可用其在真空中的 波长和在不同媒质中的光程差来表示。
显然当：
2
2k
(2k 1)