11.1光的相干性11-2分波面

第十一章波动光学物理学1第十一章波动光学第十一章波动光学物理学2几何光学：光的直线传播（反射、折射）。物理光学（波动光学）：干涉、衍射、偏振等波动现象。主要以可见光为主(波长:400nm-760nm)量子光学：光电效应、康普顿效应等粒子现象光学:第十一章波动光学物理学3光学几何光学：研究光在透明介质中传播问题光的折射和反射定律光的独立传播定律光的直线传播定律（波动光学）：以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律问题量子光学：以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用的规律物理光学光的偏振光的衍射光的干涉第十一章波动光学物理学研究内容：研究重点：以光的波动性为基础，研究光的干涉和衍射及偏振规律。光的衍射光的干涉波动光学第十一章波动光学物理学51.介质(绝对)折射率RefractiveindexofmediumDefinition：0sinsinncnu真空介质Unit：无单位（大于1的正数！）§11-1光的相干性光程第十一章波动光学物理学61.5n若某一介质的n数值大，说明该介质对光线的折射能力强。两个介质相比较，n数值大的称之为光密物质，反之为光疏物质。第十一章波动光学物理学72、光源光源的最基本发光单元是分子、原子=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射普通光源：自发辐射独立(不同原子发的光)··独立(同一原子先后发的光)•发光的随机性•发光的间隙性1、光源的发光机理波列波列长L=c第十一章波动光学物理学83、光是电磁波：是频率在一定范围内（波长在400～760nm),对人眼能产生视觉的电磁波。第十一章波动光学物理学9紫外线:400nm可见光:400nm--760nm红外线:760nm光波的波长与颜色相对应：红色：760nm绿色：500nm紫色：400nm可见光的范围Hznm1414103.4~105.7:760~400:第十一章波动光学物理学10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u,由折射定律可知：nrisinsinuCn1.光程、光程差nncncun//第十一章波动光学物理学11•真空中··labλ2lab•媒质中··abndλn媒质2nabdn─媒质中波长2nd─真空中波长定义光程：ndL光程为光在媒质中传播的波程与媒质折射率的乘积。物理意义：光在介质中通过的几何路程折算到真空中的路程.第十一章波动光学物理学12S1S2r2r1Pn1n2光程差S1和S2发出光束，在折射率为n1和n2媒质中传播，在P点相遇。当初相相同时，相位差为2211(14.6)nrnr称为光程差(opticalpathdifference)。221122()(14.5)nrnr（11-4）第十一章波动光学物理学13光程差与位相差关系是2,1,02/)12(2,1,0kkkk暗明2,1,0)12(2,1,022kkkk暗明条件取决于光程差而非几何路程差第十一章波动光学物理学145.光波具有相干性。（见336页）第十一章波动光学物理学15两列光波相遇，若它们满足：（1）频率相同（2）振动方向相同（3）相位差恒定的相干条件则在相遇区就会出现光强度分布不均匀的现象，此现象为干涉现象interferenceoflight。2212122cosAAAAA5.光波具有干涉特性。（见336页）第十一章波动光学物理学16220IAE光强：12122cosIIIIImax14(cos1)IImin0(cos1)I若12II两个相干光的相位差的大小决定了相干强度的大小第十一章波动光学物理学17我们知道，平行光通过薄透镜后，将会聚在焦平面的焦点F上，形成一亮点.这一事实说明，平行光波面上各点(如图11.5中A，B，C各点)的位相相同，它们到达焦平面上的会聚点F后位相仍然相同，因而相互加强成亮点.图11.5平行光通过透镜后各光线的光程相等6薄透镜成像的等光程性第十一章波动光学物理学18这就是说，从A，B，C各点到F(或F′)点的光程都是相等的，即平行光束经过透镜后不会引起附加的光程差.解释：虽然光线AaF比光线BbF经过的几何路程长，但BbF在透镜中经过的路程比AaF的长，由于透镜的折射率大于空气的折射率，所以折算成光程后，AaF的光程与BbF的光程相等.第十一章波动光学物理学196.相干光源获得的方法从同一光源上的同一点发出的光波,通过某种装置分成两列或多列光波,使它们沿不同光程传播,然后再让它们相遇.分波面法分振幅法；同出一点一分为二各行其路合二为一第十一章波动光学物理学201.分波面法：（同一波面上的子波）杨氏双缝、劳埃德镜（证实了波损失的事实）等。7.获得相干光的基本方法SS1S2第十一章波动光学物理学212.分振幅法：（反射、折射）薄膜、劈尖、牛顿环等。3.相干条件的补充：（1）两振幅相差不能太大；（2）两列光的光程差不能太大。aaaa'a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。第十一章波动光学物理学221s2s光源*一杨氏双缝干涉实验（1801年）1.装置:光源,双缝,接收屏§11-2分波面干涉第十一章波动光学物理学23杨氏双缝干涉实验第十一章波动光学物理学24一、杨氏双缝干涉1、实验装置Ddxr2r1oS1S221,,xDdDPS12第二节双缝干涉第十一章波动光学物理学252、干涉加强、减弱的条件r2DPdxr1o22222221)2()2(dxDrdxDrdxrr2212212122rrdxrr令2/)12(2/222kkxDdDdx第十一章波动光学物理学26ooB实验装置1s2sspdDDxd杨氏双缝干涉实验rsin12drrr波程差x1r2rDdDx/tansinkDxd加强,2,1,0k2)12(k减弱,2,1k第十一章波动光学物理学27②明暗条纹的条件由于是分波面，故两列相干波的初相相同加强条件2212krr(k=0,1,2,...)2)12(12krr减弱条件(k=1,2,3...)波程差为半波长偶数倍时，P点处干涉加强，亮纹波程差为半波长奇数倍时，P点处干涉减弱，暗纹第十一章波动光学物理学28③明暗纹位置：波程差：Dxddtgdrrsin12kxDd明纹dDkx2)12(kxDd暗纹2)12(dDkx,2,1,0k,2,1k第十一章波动光学物理学292)12(dDkx暗纹dDkx明纹,2,1,0k条纹的名称：杨氏双缝干涉实验dxopDx中央明纹中心2k条暗纹第23k条暗纹第31k条暗纹第10k零级明纹，1k3k2k级明纹中心1级明纹中心2级明纹中心33k1k2k第十一章波动光学物理学30相邻两明条纹中心间距dDxDx条纹越宽opdDxdx1条纹越宽,一定（2）:一定D,一定（1）:一定d屏幕距双缝越远，双缝间距越小，x与k无关,条纹等间距分布。第十一章波动光学物理学31(1)一定时,条纹间距与的关系如何？xdD、讨论条纹间距)1(kdDx第十一章波动光学物理学32(2)一定时，若变化,则将怎样变化？dD,x讨论条纹间距)1(kdDx第十一章波动光学物理学33S*白光照射双缝:•零级明纹：•其余明纹：彩色光谱•高级次重叠。内紫外红白色第十一章波动光学物理学34暗纹明纹2)12(dDkdDkdDx1明暗相间直条纹对称分布在中央明纹两侧条纹特征k=0第十一章波动光学物理学352条纹等间距（相邻两明纹或暗纹之间）dDxxxkk1.,1,xdxDx3用白色光源时，中央条纹为白色，其它各级形成彩色条纹分布。第十一章波动光学物理学36(5)两缝靠近，条纹越疏，干涉现象越明显(4)屏越远，条纹越疏，干涉现象越明显λdDx第十一章波动光学物理学6)双缝干涉光强分布)cos(212212221EEEEE)cos(2122121IIIII合光强若021IIIπ212其中)(πcos420IIkI,402)12(,0k则22468468004II第十一章波动光学物理学38例题1解：0.2,50,1.5.mmDcmxmm已知：2a求：＝？d2600axnmD＝d02Dxad第十一章波动光学物理学39例题2。已知杨氏双缝实验中，两缝相距2.2×10-4m，屏与狭缝相距0.94m，第三级明纹相距1.5×10-2m。求所用光波波长。261.5102DamA100101mnm9101解：221.5106aDnm58594.06105.1102.224dd第十一章波动光学物理学40例3在杨氏实验中，双缝间距为0.45mm，使用波长为540nm的光观测。(1)要使光屏C上条纹间距为1.2mm，光屏应离双缝多远？(2)若用折射率为1.5、厚度为9.0m的薄玻璃片遮盖狭缝S2，光屏上干涉条纹将发生什么变化？mm0.1m104.51054.010540102.11045.076933xdD解⑴由式dDx得第十一章波动光学物理学41⑵未遮盖S2时，中央亮纹在x=0处，则遮后光程差为=(nh+r2h)r1=h(n1)+(r2r1)=h(n1)+xDd中央亮条纹应满足=0的条件，于是得0)1(xDdnh遮盖后中央亮纹位置为mm236100.11045.00.1100.9)15.1()1(dDnhx这表示干涉条纹整体向下平移了10mm。S1S2S1r2rox第十一章波动光学物理学42(4)若光源不在光轴上，光源上移，干涉条纹整体下移(3)用薄片盖住下缝，干涉条纹整体下移SSOO第十一章波动光学物理学43例4以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m.(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5mm，求单色光的波长；(2)若入射光的波长为600nm,中央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？第十一章波动光学物理学44解(1)(2),2,1,0,kkλdDxk141414ΔkkdDxxxnm5001414kkxDdλmm5121'.λdDx已知求(1)?λ(2)nm.x5714nm600λ?'xmm20.dm1D第十一章波动光学物理学45三劳埃德镜半波损失：光由光疏介质，射向光密介质时，反射光位相突变.反射光波比折射光波损失了半个波长的光程。π1sPM2sd'dP'L的正确。好验证了半波损失理论！！这个实验正，而是差不是的光线在棱边处的光程和，也就是说为光程为恰好有相位突变，折算光，而反射光与入射光线其实是棱边处的反射的光是虚光源，它“发出”为出现干涉相长，其原因样的。但这里却并没有走过的光程是一发出的光线到达该处所和边，显然对于镜与屏相接触的棱2/02/21221SSSSS第十一章波动光学物理学46发生半波损失的条件：1、由光疏媒质入射，光密媒质反射；2、正入射或掠入射。半波损失，实际上是入射光在界面的位相与反射光在界面的位相有π的位相差，折合成波程差，就好象反射波少走（或多走）了半个波长，即的位相差折算成波程差为2。第十一章波动光学物理学47n1n2n3321nnn321nnn321nnn321nnn无无有有第十一章波动光