大学物理相干光源2杨氏双缝干涉概述

光干涉加强；当光程差满足半波长的奇数 倍时，两束光干涉减弱。
§1.相干光源 / 五、干涉加强减弱条件
六 、产生相干光的方法
1.分波面法 在同一波面上两固定点光源，发出的光
产生干涉的方法为分波面法。如杨氏双缝 干涉实验。
2.分振幅法 一束光线经过介质薄膜的反射与折射，
形成的两束光线产生干涉的方法为分振幅 法。如薄膜干涉、等厚干涉等。
0 n
n
0
n
2 l 2 l 2 nl
n
1
n0
0
光程 L nl
光程为光在媒质中传播的波程与媒质折射 率的乘积。
§1.相干光源 / 四、光程与光程差
如果光线穿过多种媒质时，其光程为：
r1 r2 ri rn n1 n2 ni nn
n
L n1l1 n2l2 nnln nili i 1
a.相邻明纹间距： x xk1 xk
x (k 1)D k D D
a
aa
b.相邻暗纹间距： x xk1 xk
x [2(k 1) 1]D (2k 1)D D
2a
2a
a
可以看出相邻明纹与相邻暗纹的间距都相 同，所以条纹明暗相间平行等距。
§2.相干光源 / 六、讨论
4.条纹间距与各量之间的关系
r2 D
x D
a
P
x
O
o
I
§2.相干光源 / 六、讨论
c. D x
S1 Sa
S2
r1
r2 D
x D
a
P
x
O
o
I
§2.相干光源 / 六、讨论
D x
S1 Sa
S2
r1
r2 D
§2.相干光源 / 六、讨论
x D
a
o I
五、干涉条纹图样 632.8nm的氦氖激光器产生的干涉条纹
589.3nm的钠黄光产生的干涉条纹
§2.相干光源 / 五、干涉条纹图样
六、讨论
1.明纹位置
xk
kD
a
k=0时： x0 0
零级明纹位于屏幕 中央，只有一条。
§2.相干光源 / 六、讨论
明 纹
O
0I
k=1时：
x1
D
a
1级明纹有两条，对称 分布在屏幕中央两侧。
二.两条光线的光程差
S 1S 2R OPQ ，
x
S1R D
S1
r1
S aQ
P
x
o
点 光
S2 R r2
I
源
D
单双
屏
缝缝
§2.相干光源 / 二、两条光线的光程差
x
S1R D S 2S 1R 很小,S 1R a，
x
aD
光程差
ax
Q
D
三.加强减弱条件
R
k
(k 0,1,2)
加强
(2k 1)
第一节 相干光源
一、产生相干光的条件
两束光 1.频率相同；
y1
E01 cos(t
2x1
1 )
2.振动方向一致；y2
E02
c os (t
2x2
2 )
3.有恒定的相位差；
2
1
2
x2
x1
4*.光程差不太大；
5*.光强差不太大。
§1.相干光源 / 一、产生相干光的条件
二、原子发光机制
当原子吸收外界能量后，由低能级跃 迁到高能级，但在高能级不稳定，又会从 高能级跳回低能级。
(k 0,1,2) 减弱
2
§2.相干光源 / 三、加强减弱条件
ax
D
k (k 0,1,2) 加强 (2k 1) (k 0,1,2) 减弱
2
四.明纹、暗纹位置
掌握
k D
x a
(2k 1) D
2a
(k 0,1,2) (k 0,1,2)
明纹 暗纹
§2.相干光源 / 四、明纹、暗纹位置
a. x
S1
r1
Sa
P x
O
r2
S2
D
x D
a
o I
§2.相干光源 / 六、讨论
x
S1 Sa
S2
r1
r2 D
x D
a
P
x
O
o
I
§2.相干光源 / 六、讨论
b. a x
S1 Sa
S2
r1
r2 D
x D
a
P
x
O
o
I
§2.相干光源 / 六、讨论
a x
S1 Sa
S2
r1
2.光程差
光程差为两束光的光程之差。
L2 L1
§1.相干光源 / 四、光程与光程差
3.光程差与相位差的关系
光程差每变化一个波长，相位差变化 2 光程差为 ，相位差为 ；
光程差与相位差的关系为：
2 则相位差为： 2
§1.相干光源 / 四、光程与光程差
五 、干涉加强减弱条件
掌握
§1.相干光源 / 三、相干长度
四、光程与光程差
1.光程 L
在真空中光的波长为 ，光速为 C， 进入折射率为 n 的媒质中后，波长n , 光
速为 v ,由折射定律可知：
sin i n C
sin r
v
在媒质中光走的波程为 l，则传播了
§1.相干光源 / 四、光程与光程差
光程：
掌握
n
C v
CT vT
§1.相干光源 / 六、产生相干光的方法
第二节 杨氏双缝干涉
杨氏在 1801年首先用 实验的方法研 究了光的干涉 现象，为光的 波动理论确定 了实验基础。
§2.相干光源 / 一、杨氏双缝干涉
一、杨氏双缝干涉装置
S1
r1
Sa
P x
o
点
r2
I
光 S2
源自文库
源
D
单双
缝缝
屏
干 涉
条
纹
光 强 分 布
§2.相干光源 / 一、杨氏双缝干涉
能级跃迁辐射 高能级E2
低能级E1
光子
§1.相干光源 / 二、原子发光机制
注意 1.原子发光的时间很短，只有108秒。 2.各原子发光是随机的，无固定相位差。
两个频率相同的钠光灯不能产生干涉 现象，即使是同一个单色光源的两部分发 出的光，也不能产生干涉。
无干涉现象
§1.相干光源 / 二、原子发光机制
两束单色光相干时，相位差满足：
2 k2
(k 0,1,2)
加强
(2k 1) (k 0,1,2) 减弱
§1.相干光源 / 五、干涉加强减弱条件
五 、干涉加强减弱条件
掌握
两束单色光相干时，光程差满足：
k
(k 0,1,2)
加强
(2k 1)
(k 0,1,2) 减弱
2
当光程差满足波长的整数倍时，两束
其它各级明纹都有两 条，且对称分布。
§2.相干光源 / 六、讨论
明 纹
4
3
2
1
O
0I
1
2
3
4
2.暗纹位置
xk
(2k
1) D
2a
k=0时：
x0
D
2a
零级暗纹有两条，其它 各级暗纹都有两条，且 在屏幕中央两侧对称分 布。
§2.相干光源 / 六、讨论
暗 纹
明 纹
4
3
2
1
0
O
0
0I
1
2
3
4
3.条纹间距
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) 普通光源是观察不到干涉现象的。
§1.相干光源 / 二、原子发光机制
三、相干长度
要使两束光产生干涉，两束光的最大
光程差。
可发生干涉
不能发生干涉
普通光源的相干长度较小，只有几毫米到
十几个厘米，而激光的相干长度从十几米 到几十公里，且激光的相干性很好。