第十九章 光的干涉

S
H
3 单色光
单色光：具有单一频率的光波称为单色光
复色光：不同频率单色光的混合光称为复 色光
二、光源
光源：发光的物体 类型： ·普通光源(自发辐射)
如：白炽灯、弧光灯、太阳… ·激光光源(受激辐射)
如： 激光
光源的发光特性
光源的最基本发光单元是分子、原子
能级跃迁辐射 E2
波列
n = (E2-E1)/h
⒈定义
光程：= nr
d1
d2
例：
n1
n2
r
折射率n r
(r d1 d2) n1d1 n2d2
r (n1 1)d1 (n2 1)d2
（18）
§19.3 光程
⒉物理意义 r r nr
l l / n l
介质中波 真空中波
长
长
光在介质中几何路程 r，与在真空中几何路
程 nr 所经历的相位变化相同。
光是电磁波 可见光是能引起人的视觉的那部分电磁波 发射光波的物体称为光源
4000Å 紫
上页 下页 返回 退出
7600Å 红
1、光速和折射率
真空中 c
介质中 u
1
=2.99792458×108 ms -1 00
c
光在介质中
rr
频率不变 u ln
折射率 பைடு நூலகம் c u
rr
2、光强
E
I A2
干涉的光强分布
I
I I1 I2 2 I1I2 cos
Imax
I Imax I1 I2 2 I1I2
Imin
I I min I1 I2 2 I1I2 -4 -2 0 2 4 I
若 I1 I2
I I1 I2 2 I1I2 cos
I
4I1 cos2
2
-4 -2 0 2 4
(2k
1) D 2d
l
条纹间距
x
xk 1
xk
D d
l
明纹
kl
xk
k
D d
l
（k = 0，1，2，…）
暗纹 (2k 1) l
2
x(2k 1)
(2k
1) D 2d
l
条纹间距
x
xk 1
xk
D d
l
条纹特点：
观察屏 暗纹
（1）平行于缝的明暗相间条纹
（2）条纹等间距
（3）中间级次低，两边级次高 x
确认了光的波动性。
X
l
r1
px
d
r2
O
D
几何： D>>d ( D/d~104 )
很小 (~10-3 rad)
屏幕
（23）
二、干涉明暗条纹的位置
光程差：
r2 r1 d sin d tan d x
D
明纹 kl
xk
k
D d
l
（k = 0，1，2，…）
暗纹 (2k 1) l
2
x(2k 1)
E1 E10 cos(t 10)
E2 E20 cos(t 20)
20 0 10 E1
E E1 E2 E0 cos( t 0 )
E0 E120 E220 2E10E20 cos 20 10
平均光强： I I1 I2 2 I1I2 cos 对于普通光源发出的光 cos 0
位差 随空间位置不同而连续变化，从而在不同位置
上出现光强的强弱分布，这种现象就是光的干涉现象。
I I1 I2 2 I1I2 cos 干涉相长（明） 2k , (k = 0,1,2,3…)
I I max I1 I2 2 I1I2
干涉相消（暗） (2k 1) , (k = 0,1,2,3…) I Imin I1 I2 2 I1I2
量子光学：以光的量子理论为基础，研究光 与物质相互作用的规律。（粒子性）
波动光学和量子光学，统称为物理光学。
蝉翅在阳光下
蜻蜓翅膀在阳光下
白光下的油膜
肥皂泡玩过吗?
第19章 光的干涉
§19.1杨氏双缝干涉 §19.2相干光 §19.3光程 §19.4薄膜干涉 §19.5迈克耳孙干涉仪
一、光的电磁波本质：
四、从普通光源中获得相干光的原则
从一个原子一次发光中获得。
•装置的基本特征 先分光 然后再相遇
五、分波面法 分振幅法
分波面法： 从一次发光的波面上取 出几部分再相遇。
S
S1
S2
衍射
相 遇 区
分束
薄膜
1 2
相遇
分束装置
分振幅法： 一支光线中分出 两部分再相遇。
§19.3 光程
为方便计算光经过不同介质时引起的相 差，引入光程的概念。
（4）x 1 d
x、x l
+2级 +1级 0级亮纹 -1级 -2级
§
红光入射的杨氏双缝干涉照片
白光入射的杨氏双缝干涉照片
（26）
三、光强公式 光强曲线 1 光强公式
由I = I1 + I2 + 2(I1I2)1/2cos
若I1 = I2 = I0 ，则有
——光程的物理意义
相差 光程差 2 π
l
l — 真空中波长
（19）
§ §19.3 光程
如图，计算光通过路程r1和r2在P点的相差。
S
r1 n
r2
1
S2 d
·p 2 l
r2 d nd r1
2 l
r2
r1
n
1 d
（20）
§19.3 光程
3.透镜不产生附加的光程差
光程1
S•
光程2 • S
光程3
光程1=光程2=光程3
（21）
§§一19、.1 分杨波氏阵双面缝法干（涉杨氏实验)
一、实验装置 ( 点源 分波面 相遇)
s1
S
s2
明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置
2. 强度分布 步骤
确定相干光束 计算光程差 根据相长、相消条件确定坐标
（22）
§19.1杨氏双缝干涉
Thomas Young (1773－1829), 1801年做成实验，
前言
光学研究对象：光的现象、光的本性和光与 物质相互作用。
人类对光的研究已有3000余年的历史， 20世纪60年代激光问世后，光学有了飞速的 发展，形成了现代光学。
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。
波动光学：研究光的电磁性质和传播规律， 特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用。(波 动性）
E1
波列长 L = c
是波列持续时间
普通光源：自发辐射
·
独立
（不同原子同一时刻发的光）
·
独立（同一原子不同时刻发的光）
激光光源：受激辐射
n n = (E2-E1)/h
E2
n
n
E1
完全一样(频率、位相、 振动方向,传播方向)
三、相干光
光波中的电场矢量 E 称为光矢量。
• 两同频单色光的叠加
E
E2
I I1 I2
非相干叠加
如果 2 -1 const
I I1 I2 2 I1I2 cos 相干叠加
即两个光源发出的光之间具有确定的相位差，则
把这两个光源称为相干光源，它们所发出的就是
相干光。
相干条件：振动方向相同，频率相同，具有确定 的相位差。(激光发出的光就是相干光）
当两束相干光在空间任一点相遇时，它们之间的相