19.1 获得相干光的原则
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∆Φ = 2π
n
d
λ
[ n′(r2 − d ) + nd − n′r1 ]
S•
光程2 光程2 光程3 光程3
• S′
物像之间等光程原理 透镜成像不会引入附加相位差。光程1 光程2 光程3 透镜成像不会引入附加相位差。光程1=光程2=光程3
11 第19章 光的干涉
五、点光源
• 点光源是光源的一种理想模型； 点光源是光源的一种理想模型； • 点光源中所有发光原子处于同一几何位置； 点光源中所有发光原子处于同一几何位置； • 在实现光的干涉过程中，建立“点光源”的概 在实现光的干涉过程中，建立“点光源” 念很重要，尤其是用分波面法获取相干光时更重要； 念很重要，尤其是用分波面法获取相干光时更重要； • 点光源模型可使我们更容易看到干涉花样 ； a 原子一次发光的两光线经两个反射 a b 面反射后在P 点相遇进行相干叠加， 面反射后在 点相遇进行相干叠加， b 原子一次发光的两光线经两个反射 面反射后也在P 点相遇进行相干叠加， 面反射后也在 点相遇进行相干叠加， 相当于又进行了 相当于又进行了 原子与a 但由于是点光源 b 原子与 原子几 一次非相干的叠 何位置相同，光程差相同，所以a 何位置相同，光程差相同，所以 加，从而使P点 原子与b 原子在P 点干涉结果相同。 原子与 原子在 点干涉结果相同。 的花样强度增大
波动光学
干涉现象
光的波动性: 光的波动性:
光的波粒 二象性
判 据
衍射现象
光的粒子性: 光的粒子性:
光子能量
E = hν
粒子性
光子动量 p =
h
λ
波动性
光波的特点： 光波的特点： •波长短 可见光：390nm – 780nm 波长短 可见光： •速度高 速度高 •光源：在原子内部粒子的跃迁 光源： 光源
6 第19章 光的干涉
可见光七彩颜色的波长和频率范围 波长(nm) 光色 波长 红 橙 黄 绿 青 兰 紫 760~622 622~597 597~577 577~492 492~470 470~455 455~400 频率(Hz) 频率 中心波长 (nm) 660 610 570 540 480 460 430
E2 E1
激光的模式 相干面积 激光的相干性比 普通光源要好得多 同一块面积上的点源相干
13
第19章 光的干涉
第19章 光的干涉 章
§19.1 获得相干光的原则 §19.2 分波面法双光束干涉 §19.3 影响条纹对比度的几个因素 §19.4 分振幅法双光束干涉 §19.5 干涉仪
1
第19章 光的干涉
丰富多彩的干涉现象
水膜在白光下
2
白光下的肥皂膜
第19章 光的干涉
蝉翅在阳光下
蜻蜓翅膀在阳光下
白光下的油膜
10 第19章 光的干涉
(n2l2 − n1l1 ) n1l1 光在介质 中的光程 光在介质1中的光程 λ n2l2 光在介质 中的光程 光在介质2中的光程
/ λ)
多种介质
光程
= ∑ ni ri
i
λ
Biblioteka Baidu
n1 n2 r1 r2
S1 r 1
… …
ni ri
由光程差计算 相位差
n′
•P
光程1 光程1
S2 r2
1
分束装置
2
薄膜
相遇
9 第19章 光的干涉
分振幅法： 分振幅法： 一支光线中分出 两部分再相遇。 两部分再相遇。
四、光程与相位差
引进光程可方便地计算相干光的相位差。 引进光程可方便地计算相干光的相位差。 例 相干光源 a、b 初相相同，但到达场点c 的过程中经过的介 、 初相相同， 质可能不同。 质可能不同。 取真空中的波长λ 介质中的波长分别为
7
第19章 光的干涉
一、普通光源的发光特点
随机 (1) 热辐射 (2) 电致发光 (3) 光致发光 (4) 化学发光 自 发 辐 射 间歇 (5) 同步辐射光源 (6) 激光光源 受 激 辐 射
波列
E2
自发辐射 能级跃迁
ν = ( E2 − E1 ) / h
E1
波列长 L = τ c 非相干(不同原子发的光) 非相干(不同原子发的光) 非相干(同一原子先后发的光) 非相干(同一原子先后发的光)
3.9 × 1014 ~ 4.8 × 1014
4.8 × 1014 ~ 5.0 × 1014 5.0 × 1014 ~ 5.4 × 1014 5.4 × 1014 ~ 6.1 × 1014 6.1 × 10 ~ 6.4 × 10
14 14
6.4 × 1014 ~ 6.6 × 1014
6.6 ×1014 ~ 7.5 ×1014
∆Φ = 2π
光线1 光线
λn =
λ
n
n1
l1
n2 l2
光线2 光线
c
a b
λ2
l2 −
2π
λ1
l1
∴ ∆Φ =
2π
λ2
l2 −
2π
λ1
l1 =
2π
1）光程 ） 2）相位差 = 光程差 2π 光程差( ） • 折射率与几何路程的乘积； 折射率与几何路程的乘积； • 在相位改变相同的条件下，把光在介质中传 在相位改变相同的条件下， 播的路程折合为光在真空中传播的相应路程； 播的路程折合为光在真空中传播的相应路程；
12 第19章 光的干涉
结果： 结果：
M
P
M
•特殊光源 特殊光源——激光光源 特殊光源 激光光源 普通光源发光：自发辐射(随机、间歇) 普通光源发光：自发辐射(随机、间歇) 激光光源发光： 激光光源发光：受激辐射 光放大 发出光的频率、 发出光的频率、相位和 振动方向全相同
E2 − E1 ν= h
3
肥皂泡玩过吗? 肥皂泡玩过吗
第19章 光的干涉
测油膜厚度
平晶间空气隙干涉条纹
等倾条纹
4
牛顿环(等厚条纹) 牛顿环(等厚条纹)
第19章 光的干涉
§19.1 获得相干光的原则
一、普通光源的发光特点 二、从普通光源中获得相干光的原则 三、分波面法 分振幅法 四、光程与相位差 五、点光源
5
第19章 光的干涉
. .
8
第19章 光的干涉
二、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。 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 装置的基本特征 衍射
三、分波面法 分振幅法
分波面法： 分波面法： 从一次发光的波面上取 出几部分再相遇。 出几部分再相遇。
S
S1 S2
相 遇 区
分束
n
d
λ
[ n′(r2 − d ) + nd − n′r1 ]
S•
光程2 光程2 光程3 光程3
• S′
物像之间等光程原理 透镜成像不会引入附加相位差。光程1 光程2 光程3 透镜成像不会引入附加相位差。光程1=光程2=光程3
11 第19章 光的干涉
五、点光源
• 点光源是光源的一种理想模型； 点光源是光源的一种理想模型； • 点光源中所有发光原子处于同一几何位置； 点光源中所有发光原子处于同一几何位置； • 在实现光的干涉过程中，建立“点光源”的概 在实现光的干涉过程中，建立“点光源” 念很重要，尤其是用分波面法获取相干光时更重要； 念很重要，尤其是用分波面法获取相干光时更重要； • 点光源模型可使我们更容易看到干涉花样 ； a 原子一次发光的两光线经两个反射 a b 面反射后在P 点相遇进行相干叠加， 面反射后在 点相遇进行相干叠加， b 原子一次发光的两光线经两个反射 面反射后也在P 点相遇进行相干叠加， 面反射后也在 点相遇进行相干叠加， 相当于又进行了 相当于又进行了 原子与a 但由于是点光源 b 原子与 原子几 一次非相干的叠 何位置相同，光程差相同，所以a 何位置相同，光程差相同，所以 加，从而使P点 原子与b 原子在P 点干涉结果相同。 原子与 原子在 点干涉结果相同。 的花样强度增大
波动光学
干涉现象
光的波动性: 光的波动性:
光的波粒 二象性
判 据
衍射现象
光的粒子性: 光的粒子性:
光子能量
E = hν
粒子性
光子动量 p =
h
λ
波动性
光波的特点： 光波的特点： •波长短 可见光：390nm – 780nm 波长短 可见光： •速度高 速度高 •光源：在原子内部粒子的跃迁 光源： 光源
6 第19章 光的干涉
可见光七彩颜色的波长和频率范围 波长(nm) 光色 波长 红 橙 黄 绿 青 兰 紫 760~622 622~597 597~577 577~492 492~470 470~455 455~400 频率(Hz) 频率 中心波长 (nm) 660 610 570 540 480 460 430
E2 E1
激光的模式 相干面积 激光的相干性比 普通光源要好得多 同一块面积上的点源相干
13
第19章 光的干涉
第19章 光的干涉 章
§19.1 获得相干光的原则 §19.2 分波面法双光束干涉 §19.3 影响条纹对比度的几个因素 §19.4 分振幅法双光束干涉 §19.5 干涉仪
1
第19章 光的干涉
丰富多彩的干涉现象
水膜在白光下
2
白光下的肥皂膜
第19章 光的干涉
蝉翅在阳光下
蜻蜓翅膀在阳光下
白光下的油膜
10 第19章 光的干涉
(n2l2 − n1l1 ) n1l1 光在介质 中的光程 光在介质1中的光程 λ n2l2 光在介质 中的光程 光在介质2中的光程
/ λ)
多种介质
光程
= ∑ ni ri
i
λ
Biblioteka Baidu
n1 n2 r1 r2
S1 r 1
… …
ni ri
由光程差计算 相位差
n′
•P
光程1 光程1
S2 r2
1
分束装置
2
薄膜
相遇
9 第19章 光的干涉
分振幅法： 分振幅法： 一支光线中分出 两部分再相遇。 两部分再相遇。
四、光程与相位差
引进光程可方便地计算相干光的相位差。 引进光程可方便地计算相干光的相位差。 例 相干光源 a、b 初相相同，但到达场点c 的过程中经过的介 、 初相相同， 质可能不同。 质可能不同。 取真空中的波长λ 介质中的波长分别为
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第19章 光的干涉
一、普通光源的发光特点
随机 (1) 热辐射 (2) 电致发光 (3) 光致发光 (4) 化学发光 自 发 辐 射 间歇 (5) 同步辐射光源 (6) 激光光源 受 激 辐 射
波列
E2
自发辐射 能级跃迁
ν = ( E2 − E1 ) / h
E1
波列长 L = τ c 非相干(不同原子发的光) 非相干(不同原子发的光) 非相干(同一原子先后发的光) 非相干(同一原子先后发的光)
3.9 × 1014 ~ 4.8 × 1014
4.8 × 1014 ~ 5.0 × 1014 5.0 × 1014 ~ 5.4 × 1014 5.4 × 1014 ~ 6.1 × 1014 6.1 × 10 ~ 6.4 × 10
14 14
6.4 × 1014 ~ 6.6 × 1014
6.6 ×1014 ~ 7.5 ×1014
∆Φ = 2π
光线1 光线
λn =
λ
n
n1
l1
n2 l2
光线2 光线
c
a b
λ2
l2 −
2π
λ1
l1
∴ ∆Φ =
2π
λ2
l2 −
2π
λ1
l1 =
2π
1）光程 ） 2）相位差 = 光程差 2π 光程差( ） • 折射率与几何路程的乘积； 折射率与几何路程的乘积； • 在相位改变相同的条件下，把光在介质中传 在相位改变相同的条件下， 播的路程折合为光在真空中传播的相应路程； 播的路程折合为光在真空中传播的相应路程；
12 第19章 光的干涉
结果： 结果：
M
P
M
•特殊光源 特殊光源——激光光源 特殊光源 激光光源 普通光源发光：自发辐射(随机、间歇) 普通光源发光：自发辐射(随机、间歇) 激光光源发光： 激光光源发光：受激辐射 光放大 发出光的频率、 发出光的频率、相位和 振动方向全相同
E2 − E1 ν= h
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肥皂泡玩过吗? 肥皂泡玩过吗
第19章 光的干涉
测油膜厚度
平晶间空气隙干涉条纹
等倾条纹
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牛顿环(等厚条纹) 牛顿环(等厚条纹)
第19章 光的干涉
§19.1 获得相干光的原则
一、普通光源的发光特点 二、从普通光源中获得相干光的原则 三、分波面法 分振幅法 四、光程与相位差 五、点光源
5
第19章 光的干涉
. .
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第19章 光的干涉
二、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。 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 装置的基本特征 衍射
三、分波面法 分振幅法
分波面法： 分波面法： 从一次发光的波面上取 出几部分再相遇。 出几部分再相遇。
S
S1 S2
相 遇 区
分束