大学物理下册课件第十四章 波动光学
合集下载
《波动光学》课件
非线性光学和量子光学的兴起
随着科技的发展，人们开始研究光与物质相互作用时的非线性效应和 量子效应，推动了非线性光学和量子光学等领域的兴起和发展。
02
波动光学的基本概念
光的波动性质
光的干涉
当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，光波的振幅会发生 变化，形成明暗相间的干涉条纹的现象。
光的衍射
光波在传播过程中遇到障碍物时，光波会绕过障碍物的边缘继续传 播的现象。
光的偏振
光波的电矢量或磁矢量在某一方向上的振动状态，是光的横波性质 的表现。
光的干涉
干涉现象
当两束或多束相干光波在空间某一点 叠加时，光波的振幅会发生变化，形 成明暗相间的干涉条纹的现象。
干涉条件
干涉图样
根据光源的振动方向和相对位置，干 涉图样可分为平行干涉和垂直干涉。
相干光源、频率相同、相位差恒定。
干涉原理
干涉现象是波动光学的基本原理之一，当两束或多束相干光 波在空间某一点叠加时，光波的振幅会相加，形成明暗相间 的干涉条纹。
衍射实验技术
衍射实验设备
衍射实验中常用的设备包括单缝、双缝、圆孔等，用于产生和观察衍射现象。
衍射原理
衍射现象是波动光学中的重要原理之一，当光波通过障碍物时，会绕过障碍物的边缘继续传播，形成衍射条纹。
重要应用。
波动光学的发展历程
光学发展史
波动光学的发展可以追溯到17世纪，当时科学家们开始研究光的本质 和传播规律。
干涉仪的发明和应用
19世纪中叶，干涉仪的发明为波动光学的研究提供了重要工具，推动 了光学干涉现象的研究和应用。
衍射现象的深入研究
20世纪初，科学家们开始深入研究光的衍射现象，并发展出了傅里叶 光学等重要理论。
随着科技的发展，人们开始研究光与物质相互作用时的非线性效应和 量子效应，推动了非线性光学和量子光学等领域的兴起和发展。
02
波动光学的基本概念
光的波动性质
光的干涉
当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，光波的振幅会发生 变化，形成明暗相间的干涉条纹的现象。
光的衍射
光波在传播过程中遇到障碍物时，光波会绕过障碍物的边缘继续传 播的现象。
光的偏振
光波的电矢量或磁矢量在某一方向上的振动状态，是光的横波性质 的表现。
光的干涉
干涉现象
当两束或多束相干光波在空间某一点 叠加时，光波的振幅会发生变化，形 成明暗相间的干涉条纹的现象。
干涉条件
干涉图样
根据光源的振动方向和相对位置，干 涉图样可分为平行干涉和垂直干涉。
相干光源、频率相同、相位差恒定。
干涉原理
干涉现象是波动光学的基本原理之一，当两束或多束相干光 波在空间某一点叠加时，光波的振幅会相加，形成明暗相间 的干涉条纹。
衍射实验技术
衍射实验设备
衍射实验中常用的设备包括单缝、双缝、圆孔等，用于产生和观察衍射现象。
衍射原理
衍射现象是波动光学中的重要原理之一，当光波通过障碍物时，会绕过障碍物的边缘继续传播，形成衍射条纹。
重要应用。
波动光学的发展历程
光学发展史
波动光学的发展可以追溯到17世纪，当时科学家们开始研究光的本质 和传播规律。
干涉仪的发明和应用
19世纪中叶，干涉仪的发明为波动光学的研究提供了重要工具，推动 了光学干涉现象的研究和应用。
衍射现象的深入研究
20世纪初，科学家们开始深入研究光的衍射现象，并发展出了傅里叶 光学等重要理论。
大学物理波动光学课件
麦克斯韦电磁理论：19 世纪中叶，英国物理学 家麦克斯韦建立了电磁 理论，揭示了光是一种 电磁波，为波动光学提 供了更加深入的理论根 据。
在这些重要人物和理论 的推动下，波动光学逐 渐发展成为物理学的一 个重要分支，并在现代 光学、光电子学等领域 中发挥了重要作用。
02 光的干涉
干涉的定义与分类
定义 分类 分波前干涉 分振幅干涉
干涉是指两个或多个相干光波在空间某一点叠加产生加强或减 弱的现象。
根据光源的性质，干涉可分为两类，分别是ห้องสมุดไป่ตู้波前干涉和分振 幅干涉。
波前上不同部位发出的子波在空间某点相遇叠加产生的干涉。 如杨氏双缝干涉、洛埃镜、菲涅尔双面镜以及菲涅尔双棱镜等
。
一束光的振幅分成两部分（或以上）在空间某点相遇时产生的 干涉。例如薄膜干涉、等倾干涉、等厚干涉以及迈克耳孙干涉
波动光学与几何光学的比较
几何光学
几何光学是研究光线在介质中传播的光学分支，它主要关注 光线的方向、成像等，基于光的直线传播和反射、折射定律 。
波动光学与几何光学的区分
波动光学更加关注光的波动性质，如光的干涉、衍射等现象 ，而几何光学则更加关注光线传播的几何特性。两者在研究 对象和方法上存在差异，但彼此相互补充，构成了光学的完 整体系。
VS
马吕斯定律
当一束光线通过两个偏振片时，只有当两 个偏振片的透振方向夹角为特定值时，光 线才能通过。这就是马吕斯定律，它描述 了光线通过偏振片时的透射情况。这两个 定律在光学和物理学中都有着广泛的应用 。
THANKS
感谢观看
分类
根据障碍物的大小和光波波长的相对 关系，衍射可分为菲涅尔衍射和夫琅 禾费衍射。
单缝衍射与双缝衍射
单缝衍射
大学物理CH14(波动光学)资料
]
cos[(1
2
)t
(1
2
)
பைடு நூலகம்1r1
c
2r2
]}dt
0
即 E1 E2 0
(3) ω1 ω2 , (1 2 ) 不恒定（随机变化）
E1 E2 0
非相干叠加时 相干叠加
IP I1 I2
1
2T
t T t
E01
E02{cos[(1
2
)
1r1
c
2r2
]
E1
E2
1 2T
tT t E01 E02{cos[(1
w 1 E2 1 H2
2
2
能流密度 S（坡印亭矢量）
S dA udt w uw dA dt
E H
(1 E2 1 H 2) 1
2
2
EH
坡印亭矢量
S EH
u
S
dA
udt
波的强度
I S S 1
t T
Sdt
Tt
1 T
t T t
E0 H 0cos 2(t
r )dt u
1 2
E0 H 0
1 2
E02
结论：I 正比于 E02 或 H02,
通常用其相对强度
I
1 2
E02
表示
二. 光是电磁波
可见光七彩颜色的波长和频率范围
光色 波长(nm) 红 760~622 橙 622~597 黄 597~577 绿 577~492 青 492~470 兰 470~455 紫 455~400
如果 I1 I2 I0
I 0
k 0,1,2,3...
§14.3 获得相干光的方法 杨氏实验
大学物理-第十四章-波动光学
其投射到介面上的Ａ点的光线，
一部分反射回原介质即光线a1， 另一部分折入另一介质，其中一 部分又在Ｃ点反射到Ｂ点然后又 折回原介质，即光线a2。因a1,a2是
从同一光线S1Ａ分出的两束，故
满足相干条件。
S
S1
a
a1
iD
e
A
B
C
a2
n1
n2
n1
31
2 薄膜干涉的光程差
n2 n1
CDAD
sin i n2
跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
E h
普通光源发光特 点： 原子发光是断续
的，每次发光形成一
长度有限的波列, 各 原子各次发光相互独
立，各波列互不相干.
10
3.相干光的获得：
①原则：将同一光源同一点发出的光波列，即某个原子某次 发出的光波列分成两束，使其经历不同的路程之后相遇叠加。
S2
r2
P
20
为计算方便，引入光程和光程差的概念。
2、光程
光在真空中的速度 光在介质中的速度
c 1 00
u 1
u1 cn
介质的 折射率
真空
u n c
介质中的波长
n
n
n n
21
介质中的波长
n
n
s1 *
r1
P
波程差 r r2 r1
k 0,1,2,
x
d
'
d
(2k
1)
k 0,1,2,
暗纹
d
2
k=0,谓之中央明纹，其它各级明（暗）纹相对0点对称分布
一部分反射回原介质即光线a1， 另一部分折入另一介质，其中一 部分又在Ｃ点反射到Ｂ点然后又 折回原介质，即光线a2。因a1,a2是
从同一光线S1Ａ分出的两束，故
满足相干条件。
S
S1
a
a1
iD
e
A
B
C
a2
n1
n2
n1
31
2 薄膜干涉的光程差
n2 n1
CDAD
sin i n2
跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
E h
普通光源发光特 点： 原子发光是断续
的，每次发光形成一
长度有限的波列, 各 原子各次发光相互独
立，各波列互不相干.
10
3.相干光的获得：
①原则：将同一光源同一点发出的光波列，即某个原子某次 发出的光波列分成两束，使其经历不同的路程之后相遇叠加。
S2
r2
P
20
为计算方便，引入光程和光程差的概念。
2、光程
光在真空中的速度 光在介质中的速度
c 1 00
u 1
u1 cn
介质的 折射率
真空
u n c
介质中的波长
n
n
n n
21
介质中的波长
n
n
s1 *
r1
P
波程差 r r2 r1
k 0,1,2,
x
d
'
d
(2k
1)
k 0,1,2,
暗纹
d
2
k=0,谓之中央明纹，其它各级明（暗）纹相对0点对称分布
波动光学讲课课件
结论：
h E2 E1
h
诱发光子
E2
受激辐射光子
h
h
诱发光子
E1
受激辐射过程所发出的光是相干光.
2021/2/20
4. 相干光的获得方法
(1) 分波前法（分波面干涉法） 当从同一个点光源或线光源发出的光波到达某平面时，
由该平面(即波前)上分离出两部分.
(2) 分振幅法（分振幅干涉法） 利用透明薄膜的上下两个表面对入射光进行反射，产生
中央明纹上移
2021/2/20
例: 用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条 缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹的 位置上. 如果入射光波长为 550 nm.
求: 此云母片的厚度.
解: 设云母片厚度为 d. 无云母片时, 零级亮纹在屏上 P 点, 则到 达 P 点的两束光的光程差为零. 加上云母片后, 到达P点的两 光束的光程差为:
如果
I Imin I1 I2 2 I1I2
I1 I2 I0
I 0
2021/2/20
3. 非相干叠加 若 在时间τ内等概率地分布在0 ~ 2π, 则干涉项：
cos 0
I I1 I2
如果
I1 I2 I0
I 2I0
4.相干条件、相干光源
(1)频率相同
相干条件 (2)相位差恒定
x
0.065
2021/2/20
例: 用白光 (400~760nm) 作光源观察杨氏双缝干涉. 设缝间距为d, 缝与屏距离为 D.
求: 能观察到的清晰可见光谱的级次. 解: 在 400 ~ 760 nm 范围内, 明纹条件为:
xd k
D 最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光
《波动光学》ppt课件
物理意义
马吕斯定律是定量描述偏振光通过检偏器后透射光强与入射线 偏振光和检偏器透振方向夹角之间关系的定律，是波动光学中 的重要公式之一。
晶体中双折射现象解释
双折射现象
当一束光入射到各向异性的晶体时，会分成两束光沿不同方向折 射的现象。
产生原因
晶体内部原子排列的规律性使得晶体具有各向异性，导致不同方向 上折射率不同。
研究中的应用。
03
非线性波动光学应ห้องสมุดไป่ตู้领域
概述非线性波动光学在光通信、光计算、光信息处理等领域的应用前景。
量子波动光学发展动态
量子波动光学基本概念
阐述光的量子性质及其与波动光学的关系，包括光子、量子态、量子纠缠等。
量子波动光学研究方法
介绍量子光学实验技术、量子信息处理方法等在量子波动光学研究中的应用。
薄膜干涉实验操作
阐述薄膜干涉实验的基 本原理和实验方法，包 括等厚干涉和等倾干涉 的实现方式及条纹特征。
衍射实验数据处理方法分享
衍射实验基本概念
解释衍射现象的产生条件和基本原理，介绍衍射光栅、单 缝衍射等实验方法。
01
衍射光栅数据处理
分享衍射光栅实验的数据处理技巧，包 括光栅常数、波长等参数的测量方法和 误差分析。
03
复杂介质中波动光 学应用领域
概述复杂介质中波动光学在生物 医学成像、环境监测与治理、新 能源等领域的应用前景。
06
实验方法与技巧指 导
基本干涉实验操作规范介绍
干涉实验基本概念
阐述干涉现象的产生条 件和基本原理，解释相 干光波的概念及获得方 法。
双缝干涉实验操作
详细介绍双缝干涉实验 的实验装置、操作步骤 和注意事项，以及双缝 干涉条纹的特点和分析 方法。
马吕斯定律是定量描述偏振光通过检偏器后透射光强与入射线 偏振光和检偏器透振方向夹角之间关系的定律，是波动光学中 的重要公式之一。
晶体中双折射现象解释
双折射现象
当一束光入射到各向异性的晶体时，会分成两束光沿不同方向折 射的现象。
产生原因
晶体内部原子排列的规律性使得晶体具有各向异性，导致不同方向 上折射率不同。
研究中的应用。
03
非线性波动光学应ห้องสมุดไป่ตู้领域
概述非线性波动光学在光通信、光计算、光信息处理等领域的应用前景。
量子波动光学发展动态
量子波动光学基本概念
阐述光的量子性质及其与波动光学的关系，包括光子、量子态、量子纠缠等。
量子波动光学研究方法
介绍量子光学实验技术、量子信息处理方法等在量子波动光学研究中的应用。
薄膜干涉实验操作
阐述薄膜干涉实验的基 本原理和实验方法，包 括等厚干涉和等倾干涉 的实现方式及条纹特征。
衍射实验数据处理方法分享
衍射实验基本概念
解释衍射现象的产生条件和基本原理，介绍衍射光栅、单 缝衍射等实验方法。
01
衍射光栅数据处理
分享衍射光栅实验的数据处理技巧，包 括光栅常数、波长等参数的测量方法和 误差分析。
03
复杂介质中波动光 学应用领域
概述复杂介质中波动光学在生物 医学成像、环境监测与治理、新 能源等领域的应用前景。
06
实验方法与技巧指 导
基本干涉实验操作规范介绍
干涉实验基本概念
阐述干涉现象的产生条 件和基本原理，解释相 干光波的概念及获得方 法。
双缝干涉实验操作
详细介绍双缝干涉实验 的实验装置、操作步骤 和注意事项，以及双缝 干涉条纹的特点和分析 方法。
大学物理-波动光学-波动光学(ppt模板)
2ne
k
3
空气
1
2
n 1=1
k 0, 0 1.70 106 m k 1, 1 5.67 107 m k 2, 2 3.40 10 m
7
肥皂膜
空气
e
n=1.33 n 1=1
绿色
5 4
由反射光减弱的条件得: 2ne ( 2k 1 ) 2 2 k 0 ,1 ,2 ,
获得相干光的途径（方法）
分波阵面法
从同一波阵面上的不同部分产生的次级波满足相干条件。
分振幅法 利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅 (能量)较小的两束相干光。
分波阵面法 分振幅法
P
S*
S *
P · 薄膜
3、光程与光程差
c u (1).光在折射率为n 的介质中的传播速度： n (2).光在折射率为n 的介质中的波长： n n
波动方程
x y A cos[ ( t ) ] ut x Acos[ 2 ( ) ] T
两列频率相同，振动方向 平行，相位相同或相位差恒定 的波（相干波）相遇时，使某 些区域振动始终加强，而另一些区域振动始 终减弱的现象 3 、干涉的讨论 设两列相干波的波源 s1 和 s2 其振动方程 r1
5 4
四、常见的两种等厚薄膜干涉 1．劈尖干涉 （1）装置：图示G1下表面和G2上 表面形成劈尖中间为空气（n=1）— 空气 劈尖 G1 （2）干涉条纹 n G2 光线垂直入射，反射光 (1)(2)的干涉，光程差 2nd S（1） 2 （为什么） （2） （明） k n 2nd （暗）
（光在介质界面反射时相位突变引起）
2
波动光学课件
第九章 波动光学内容：1．光波及其相干条件 2．杨氏双缝干涉 3．薄膜干涉 4．迈克尔孙干涉仪 5．单缝衍射 6．光栅衍射 7．X 光衍射 8．自然光与偏振光 9．起偏与检偏 10．反射光与折射光的偏振 重点与难点：1．杨氏双缝干涉2．等倾干涉； 3．等厚干涉； 4．迈克尔孙干涉仪的应用 5．单缝衍射 6．光栅衍射 7．马吕斯定律； 8．布儒斯特定律； 要求：1．掌握等倾干涉、等厚干涉的本质； 2．掌握薄膜干涉、劈尖干涉、牛顿环干涉； 3．了解迈克尔孙干涉仪。
4．掌握夫琅和费单缝衍射5．了解圆孔衍射艾理斑公式及光学仪器的分辨率； 6．掌握光栅衍射的基本规律；7．理解X 光衍射 8．了解光的偏振性；9．了解起偏与检偏，掌握马吕斯定律；10．了解反射光与折射光的偏振，掌握布儒斯特定律。
§9－1 光的相干性 光程一、光波1．光波的概念：光波是电磁波的一部分，仅占电磁波谱很小的一部分，它与无线电波、X 射线等其它电磁波的区别只是频率不同，能够引起人眼视觉的那部分电磁波称为可见光。
● 1.1666年，牛顿研究光的色散，用棱镜将太阳光分解为由红到紫的可见光谱（V isible Light ）。
●2.1800年，J.F .W. Hershel 发现在可见光谱的红端以外，还有能够产生热效应的部分，称为红外线（Infrared Ray ）。
● 3.1802年，J.W . Ritter 与W .H. Wollaston 发现，在可见光的紫端以外，还有能够产生化学效应的部分，称为紫外线（Ultraviolet Ray ）红外光：波长λ>0.76μm可见光：波长λ在0.40μm 与0.76μm 之间 紫外光：波长λ<0.40μm广义而言，光包含红外线与紫外线。
2．光的颜色光的颜色由光的频率决定，而频率一般仅由光源决定，与介质无关。
单色光（Monochromatic light ）——只含单一波长的光，如激光 复色光——不同波长单色光的混合，如白光 3．光的速度与折射率： 光在介质中传输时的速度为 εμ1=v真空中，1800100.31-⋅⨯==s m c με介质中，r r r r c v μεμμεεεμ//1/100===其中r r n με/1=为介质的折射率（Refractive index ），由介质本身的性质决定，如 真空 1=n 空气 1≈n 水 33.1=n玻璃0.2~50.1=n折射率大的物质，称为光密介质；折射率小的物质，称为光疏介质。
大学物理波动光学教学课件
偏振的应用与技术
01
光学成像技术
利用偏振现象可以改良光学成像的质量，如通过使用偏振眼镜来消除反
射光的影响，提高观看3D电影的视觉效果等。
02
光纤通讯技术
在光纤通讯中，利用偏振复用技术可以提高传输速率和传输效率，同时
也可以实现更远距离的传输。
03
光学信息处理技术
利用偏振现象可以实现光学信息处理，如光学图像处理、光学模式辨认
实验三：光的偏振实验
实验目的
通过实验视察和分析光的偏振现象，了解光的电磁性质。
实验原理
利用偏振片将自然光转化为偏振光，视察不同角度下偏振光的强度变化。
实验三：光的偏振实验
实验步骤
1. 准备实验器材：自然光源、偏 振片、检测器等。 2. 将自然光源通过偏振片转化为 偏振光。
实验三：光的偏振实验
3. 在检测器上视察不同角度下偏振光 的强度变化。
随着计算机技术和数值计算方法的不断进步，未 来波动光学的研究将会更加深入，有望解决一些 当前难以解决的问题。
未来波动光学将会与量子力学、光子学等领域更 加紧密地结合，有望开辟新的研究领域和应用场 景。
谢谢您的凝听
THANKS
VS
实验结果与分析：通过实验视察到不 同角度下偏振光的强度产生变化，分 析得出这是由于光的电磁性质导致的 。
06
总结与展望
总结
波动光学的基本概念
这部分内容主要介绍了波动光学的定义 、研究内容和研究意义。
波动光学的基本原理和方法
重点讲授了波动光学的基本原理、光 的干涉、衍射和偏振等基本概念，以
及波动光学的基本实验方法。
实验二：光的衍射实验
实验步骤
1. 准备实验器材：单色光源、单缝或圆 孔衍射装置、屏幕等。
大学物理物理学波动光学共98张
02 干涉仪原理及应用举例
分波前干涉仪
杨氏双缝干涉
通过双缝将单色光源的波前分割为两 部分，在屏幕上产生明暗相间的干涉 条纹。
菲涅尔双棱镜干涉
洛埃镜实验
通过半透半反镜与反射镜的组合，实 现波前的分割与干涉。
利用双棱镜将波前分割，产生类似于 杨氏双缝干涉的条纹分布。
分振幅干涉仪
薄膜干涉
光线经过薄膜的前后两个表面反 射后产生干涉现象。
根据光波叠加方式的不同 ，干涉可分为相长干涉和 相消干涉。
衍射现象及规律
衍射现象
光波在传播过程中，遇到 障碍物或小孔时，偏离直 线传播路径并绕到障碍物 后面的现象。
衍射的分类
根据障碍物或孔的尺寸与 光波长的关系，衍射可分 为夫琅禾费衍射和菲涅尔 衍射。
衍射的规律
衍射现象遵循惠更斯-菲涅 尔原理，即光波在传播过 程中的每一点都可以看作 是一个新的波源。
辐射现象。
二次谐波产生过程包括基频光的 入射、非线性介质的相互作用和
二次谐波的出射三个步骤。ห้องสมุดไป่ตู้
二次谐波产生效率受到多种因素 的影响，如入射光功率、非线性
介质性质、相位匹配条件等。
参量振荡器和放大器原理
参量振荡器是一种利用非线性光学效应实现光波振荡的器件，具有可调谐性、高效 率等优点。
参量放大器是一种利用非线性光学效应实现光波放大的器件，具有宽带宽、低噪声 等特点。
根据晶体内部原子排列方式和对称性，可将晶体分为七大晶系和十 四种布拉维格子。
晶体中光传播特性分析
光的折射与反射
光在晶体中传播时，会发生折射和反射现象，遵循斯涅尔 定律和菲涅尔公式。
光的偏振
光波在晶体中传播时，其振动方向会受到限制，形成偏振 光。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
S 和 S’相当于两个相干光源
实验结果表明： 反射光的相位 光源
接收屏
此 处 出 现
改变了 π，称为半
暗 条
波损失
纹
干涉条纹与杨
氏实验结果的类似
MM’中镜像
整理课件
小平面镜
13
理论和实验证明：
▪ 光从光疏介质（折射率较小）向光密介质（折射
率大）表面入射时，如果入射角接近90（ 掠入射）
或为 0（正入射），则反射光的相位改变 π，即出
D2
2d
整理课件
16
第一级明纹位置 x1=0.225mm<OB，在干涉区外， 观察不到；
将 OB=0.333mm代入，得
k(D dx2)11.24
将 OA=3mm代入，得 k =7.17
所以在屏上可以看到2，3，4，5，6和7级，共6条 干涉明纹。
整理课件
17
四. 相位差与光程差
频率为 初相相同的两相干光源S1、S2 的振动
方程可写为
E 1 E 1 c 0 2 π o t s E 2 E 2 c 0 2 π o t ns 1
两列波在P点引起的振动为
P
E1E1co2sπ([tr11)] E2 E2co2sπ[(tr22)]
这两列波在P点的相位差为
S1 S2
r1
n2
r2
光程差
2πr22整r理11 课件 2πn2r2 n1r1
氖激光器产生的激光相干长度可达几千米，再加 上良好的单色性和方向性等，能产生易于观察和 测量的干涉现象。
一个正在辐射激光的激光器 激光产生的全息图像
整理课件
8
§14-7 由分波阵面法产生的光的干涉
一. 杨氏双缝实验
狭缝视为缝光源
双缝
接收屏
光
源
S2 S1
S
接收屏上形成的干涉图样
缝光源S 产生柱面波，双缝S1和S2与S 等距， 位于同一波阵面上，相位相同，成为相干光源，
d2
整理课件
11
2.杨氏双缝干涉的特点
▪ 单色光干涉，相邻明条纹（或暗条纹）的间距为
x D
d
明条纹间距 明条纹间距
x
x
干涉条纹等距离分布
▪ 白光干涉，只有中央明条纹是白色，其它条纹发 生重叠，形成彩色条纹
▪ 干涉条纹间距与单色光波长成正比 中央明纹
整理课件
12
三. 劳埃德镜实验
平面镜MM’下表面涂黑，光仅从上表面反射
§14–6 光源 光的相干性
一.光源 发射光波的物体
1.热辐射
白
太
炽
阳
灯
光波就是电磁波，任何物体都辐射电磁波。
加热维持物体的温度，辐射就能持续进行下
去，称为热辐射。
整理课件
1
2.发光 需依靠一些激发过程获得能量维持辐射
▪ 电致发光
二半 极导 管体
发 光
霓 虹 灯
闪电
▪ 光致发光
▪ 化学发光
萤火虫
节
二. 光的相干性
1.普通光源（非激光光源）的发光机理 普通光源发出的光是由构成光源的大量原子或
分子运动状态改变时发出的。
原子发出的每一列光波是一段有限长的、振动
方向一定、振幅不变或缓慢变化的正弦波。
每一波列持续时间约为
波列
109s
波列长度的数量级为L = 0.1 m 因波列持续时间过短，两
波列长L = c
18
两相干光波在相遇点处的相位差及干涉条件为
2 π ( 2 2 k k π 1 )πk k 0 0 ,,1 1 ,,2 2 ,,3 3 相 相互 互加 减强 弱
部分发出的光波在相遇区观察不到干涉现象。
整理课件
5
2. 相干光的获得方法 为实现光的干涉，可以从同一波列分离出两个
波列再令其重叠发生干涉。
为得到明显的干涉现象，还必须满足：
▪ 在相遇点两列光波的光程（几何路程与介质折射 率的乘积）不能相差太大
相干长度 一波列长
应尽量接近
路程 r1 路程 r2
介质折射率 介质折射率 n1
荧光玩具
能
灯
整理课件
2
3.同步辐射光源 在同步辐射加速器中速度接近光速作环形
运动的电子迅速损失能量产生的辐射
特点：方向性好、亮度高，还具有连续性、 优异的准直性和易脉冲化等特性
应用：为晶体结构 研究，生物大分子和生 物蛋白的结构研究提供 了高性能的光源
北京的正负电子对撞机
可提供同步辐射光
整理课件
3
波程差计算 10
初相相同的两相干波叠加后加强与减弱的条件为
r2r1 (22kk21)2
k0,1,2, 合振幅最大 k0,1,2, 合振幅最小
▪若
r2
r1
xdk
D
即
明条纹级次
xkD, k0,1,2,出现明条纹
d
▪若
r2r1xDd(2k1)2 即 暗条纹级次
x (2 k 1 )D , k1 ,2 ,3 , 出现暗条纹
现半波损失。
法线
n1
正入射
掠入射
n2> n1
整理课件
n2
14
例题14-2 劳埃德镜实验中，线光源S1到镜面的 垂距为1mm，D为1.5 m，MM’=D/2，M’O为D/4。
（1）求干涉区域上下两边到屏中心距离OA和OB；
（2）若λ= 600 nm，求相邻明条纹间距，并问屏上
能观察到几条明条纹？
A
解 （1）由三角
n2
光程差 r1n1- r2n2
▪ 在相遇点两列光波的振幅不能相差太大
整理课件
6
通常产生相干光源的两种方法： ▪ 分波阵面法
利用并排的孔或缝或利用反射和折射将入射 光的波阵面分成两部分。
▪ 分振幅法 利用两种透明介质的分界面对入射光的反射
和透射，将入射光的振幅分成两部分。
整理课件
7
3. 目前最好的相干光源——激光光源 激光的波列长度比普通光源长得多，例如氦
S1
形相似，有
d
OA D/2D/4 3
O A d/2 OB
D4 D/41
S2
OBd/2 D 4
B
O
M
M'
C
D
得
OA=3mm，OB=0.333mm
整理课件
15
（2）与杨氏实验相比，得相邻明纹间距为
x D 4.51 04m
d 由于有半波损失，光程差应为
d x
D2
明纹位置 x 应满足
dx k x (k 1 )D , k 1 ,2 ,
波列的干涉现象无法觉察。
整理课件
4
两列波为相干波的条件：频率相同，振动方向 相同，在相遇点有恒定的相位差。
同一原子先后发出的波列振动方向和频率不一 定相同，相位间无固定关系。
不同原子发出的波列振动方向和频率也不一定 相同，相位间无固定关系。
不同原子发的光
同一原子先后发的光
结论：两个独立光源发出的光波或同一光源两
单色光入射时屏上明暗相间干涉条纹位置的计算
因D>>d，S1、S2 发出的光波到P 点的波程差为
r1- r2 = S2B =d sin d tan
OP = x， tan x
D
缝光源 狭缝
r2
r1
xd D
S1
r1
dM
r2
S2 B
D
x
P·
x
O
垂直于缝长的平面内同相面 整理课件