大学物理多媒体3光的干涉.pptx
《大学物理多媒体3光的干涉.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大学物理多媒体3光的干涉.pptx(65页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、1 光学是研究光学是研究光的传播光的传播以及以及它和物质相互作用它和物质相互作用光学通常分为以下三个部分:光学通常分为以下三个部分:几何光学:几何光学:以光的直线传播规律为基础,以光的直线传播规律为基础,波动光学:波动光学:研究光的电磁性质和传播规律,研究光的电磁性质和传播规律,量子光学:量子光学:以光的量子理论为基础,以光的量子理论为基础,研究各种成象光学仪器的理论。研究各种成象光学仪器的理论。是干涉、衍射、偏振的理论和应用。是干涉、衍射、偏振的理论和应用。物质相互作用的规律。物质相互作用的规律。主要主要研究光与研究光与特别特别问题的学科。问题的学科。2光光 的的 干干 涉涉(Interfe
2、rence of light)第三章第三章33.1 光源的相干性光源的相干性3.2 双缝干涉及双缝干涉及其他分波面干涉实验其他分波面干涉实验3.3 时间相干性时间相干性3.4 空间相干性空间相干性3.5 光程光程3.6 薄膜干涉(一)薄膜干涉(一)等厚条纹等厚条纹3.7 薄膜干涉(二)薄膜干涉(二)等倾条纹等倾条纹3.8 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪本章目录本章目录43.1 光源的相干性光源的相干性一一.光源光源(light source)光源的最基本发光单元是分子、原子。光源的最基本发光单元是分子、原子。=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射波列波列波列长波列长 L=c52.激
3、光光源:激光光源:受激辐射受激辐射 =(E2-E1)/hE1 完全一样完全一样E21.普通光源:普通光源:自发辐射自发辐射独立独立(同一原子先后发的光)同一原子先后发的光)独立独立(不同原子发的光)(不同原子发的光)(传播方向,(传播方向,频率,频率,相位,相位,振动方向)振动方向)6二二.光的相干性光的相干性 1.两列光波的叠加两列光波的叠加P12r1r2P:1 2 E0E10E20干涉项干涉项(只讨论电振动只讨论电振动)7 非相干光源:非相干光源:I=I 1 +I 2 非相干叠加非相干叠加 完全完全相干光源:相干光源:相长干涉相长干涉(明)(明)(k=0,1,2)相消干涉相消干涉(暗)(暗
4、)(k=0,1,2)8I0 2-2 4-4 4I1衬比度差衬比度差(V ,D d (d 10-4m,D m)波程差:波程差:相位差:相位差:P(书(书3.1和和3.2节)节)11明纹明纹 暗纹暗纹 条纹间距:条纹间距:x0 xI xr1 r2 xdxD0P12(1)一系列平行的明暗相间的条纹;)一系列平行的明暗相间的条纹;(3)中间级次低,两边级次高;)中间级次低,两边级次高;明纹:明纹:k,k=1,2(整数级)(整数级)暗纹:暗纹:(2k+1)/2 (半整数级)(半整数级)(4)条纹特点条纹特点:(2)不太大时条纹等间距;不太大时条纹等间距;白光入射时,白光入射时,0级明纹中心为白色级明纹中
5、心为白色(可用来定(可用来定0级位置),级位置),其余级明纹构成彩带,其余级明纹构成彩带,第第2级开始出现重叠级开始出现重叠(某条纹级次(某条纹级次=该条纹相应的该条纹相应的 之值之值)(书(书P124 例例 3.1)13白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红光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片14二二.光强公式光强公式若若I1=I2=I0 ,则则光强曲线光强曲线k012-1-2I0 2-2 4-4 4I0sin 0 /d-/d-2 /d2 /dx0 x1x215 三三.干涉问题分析的要点:干涉问题分析的要点:(1)搞清发生干涉的光束;)搞清发生干涉的光束;(2)
6、计算波程差(光程差);)计算波程差(光程差);(4)求出光强公式、画出光强曲线。)求出光强公式、画出光强曲线。(3)搞清条纹特点:)搞清条纹特点:形状、形状、位置、位置、级次分布、级次分布、条纹移动等;条纹移动等;16 四四.其他分波面干涉实验其他分波面干涉实验要求明确以下问题:要求明确以下问题:1.如何获得的相干光;如何获得的相干光;2.明、暗纹条件;明、暗纹条件;3.干涉条纹特点:干涉条纹特点:4.劳埃镜实验说明了什么?劳埃镜实验说明了什么?重点搞清重点搞清劳埃镜实验。劳埃镜实验。形状、形状、间距、间距、级次位置分布级次位置分布;(自学书(自学书P128129)17一一.光的非单色性光的非
7、单色性1.理想的单色光理想的单色光 、2.准单色光、谱线宽度准单色光、谱线宽度有一定有一定波长(频率)范围波长(频率)范围的光。的光。谱线宽度:谱线宽度:准单色光:准单色光:在某个在某个中心波长(频率)中心波长(频率)附近附近 0 0II0谱线宽度谱线宽度3.3 时间相干性时间相干性(temporal coherence)18(1)自然宽度)自然宽度 EjEi Ei 3.造成谱线宽度的原因:造成谱线宽度的原因:(2)多普勒增宽多普勒增宽(3)碰撞增宽碰撞增宽 Ej19二二.非单色性对干涉条纹的影响非单色性对干涉条纹的影响设能产生设能产生干涉的最大级次为干涉的最大级次为kM,-(/2)+(/2)
8、合成光强合成光强123456012345x0I又又则应有:则应有:20三三.相干长度与相干时间相干长度与相干时间1.相干长度相干长度(coherent length)两列波能发生干涉的最大波程差叫两列波能发生干涉的最大波程差叫相干长度。相干长度。:中心波长中心波长SS1S2c1c2b1b2a1a2 PS1S2Sc1c2b1b2a1a2P才能才能发生干涉。发生干涉。上图表明,上图表明,波列长度就是相干长度。波列长度就是相干长度。相干长度相干长度能干涉能干涉不能干涉不能干涉只有只有同一波列同一波列分成的两部分,分成的两部分,经过不同的路经过不同的路程再程再相遇相遇时,时,21普通单色光:普通单色光
9、:激光:激光:(实际上,一般为(实际上,一般为10-1 101m)(理想情况)(理想情况)22光通过相干长度所需时间叫光通过相干长度所需时间叫相干时间。相干时间。2.相干时间相干时间(coherent length)的长短来衡量的。的长短来衡量的。光的单色性好,光的单色性好,相干时间相干时间时间相干性也就好。时间相干性也就好。时间相干性的好坏,时间相干性的好坏,就是用相干长度就是用相干长度M(波列长度)(波列长度)或相干时间或相干时间(波列延续时间)(波列延续时间)相干长度和相干时间就长,相干长度和相干时间就长,233.4 空间相干性空间相干性(spatial coherence)一一.空间相
10、干性的概念空间相干性的概念讨论光源宽度对干涉条纹衬比度的影响。讨论光源宽度对干涉条纹衬比度的影响。S1d/2S2RD光光源源宽宽度为度为 bb/2LMN0M0N0LI非非相相干干叠叠加加+1L 1NxI合成光强合成光强Ix合成光强合成光强24xI合成光强合成光强0N x+1L0M0L-1NS1d/2S2RD光光源源宽宽度度 为为 b0b0/2LMN0M0N0LI非非相相干干叠叠加加+1L 1N二二.极限宽度极限宽度当光源当光源宽度宽度b增大到某个增大到某个宽度宽度b0时,时,纹刚好消失:纹刚好消失:干涉条干涉条25D d:R b0、d:b0就称为就称为光源的极限宽度,光源的极限宽度,x/2+1
11、Lr 1 d0 DR r2r1 r 2单色光源单色光源b0/2xLM 其计算如下:其计算如下:此此时时L的的一一级级明明纹纹的极大在的极大在一级明纹:一级明纹:26光源的极限宽度光源的极限宽度时,才能观察到干涉条纹。时,才能观察到干涉条纹。为观察到较清晰的干涉条纹通常取为观察到较清晰的干涉条纹通常取有:有:由由27三三.相干间隔和相干孔径角相干间隔和相干孔径角1.相干间隔相干间隔R一定时,一定时,d0 越大,光场的空间相干性越好。越大,光场的空间相干性越好。由由则要得到干涉条纹,则要得到干涉条纹,必须必须。令令 相干间隔相干间隔d0bS1S2Rd若若 b 和和 R一定,一定,相干间隔相干间隔d
12、0 是光场中正对光源的平面上能够是光场中正对光源的平面上能够产生干涉的两个次波源间的最大距离。产生干涉的两个次波源间的最大距离。282.相干孔径角相干孔径角S1S2b 0d0R相干孔径角相干孔径角 0 越大空间相干性越好越大空间相干性越好。在在0 范围内的光场中,正对光源的平面上范围内的光场中,正对光源的平面上的任意两点的光振动是相干的。的任意两点的光振动是相干的。普通单色光源普通单色光源分波面干涉分波面干涉受到光源宽度的限制,受到光源宽度的限制,不受以上限制。不受以上限制。相干孔径角来代替。相干孔径角来代替。相干间隔也可以用相干间隔也可以用 d0 对光源中心的张角。对光源中心的张角。存在存在
13、条纹亮度条纹亮度和和衬比度衬比度的的矛盾。矛盾。而而激光光源则激光光源则29四四.相干间隔的应用举例相干间隔的应用举例bdR 星体星体测遥远星体的测遥远星体的角直径角直径 考虑到衍射的影响,有考虑到衍射的影响,有使使d=d0,则条纹消失。,则条纹消失。由由,有有利用空间相干性可以利用空间相干性可以30由此得到:由此得到:测星干涉仪:测星干涉仪:间的距离就是间的距离就是d0。M1M2M3M4屏屏迈克耳孙测星干涉仪迈克耳孙测星干涉仪反射镜反射镜S1S21920年年12月测得:月测得:利用干涉条纹消失测星体角直径利用干涉条纹消失测星体角直径遥远星体相应的遥远星体相应的d0 几至十几米。几至十几米。迈
14、克耳孙巧妙地用四块反迈克耳孙巧妙地用四块反射镜增大了双缝的缝间距。射镜增大了双缝的缝间距。屏上条纹消失时,屏上条纹消失时,M1M4猎户座猎户座 星星 nm(橙色),橙色),313.5 光程光程(optical path)一一.光程光程真空中:真空中:rab 介质中:介质中:abnr 介质介质 介质中波长介质中波长 真空中波长真空中波长为方便计算光经过不同介质时引起的相差,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。引入光程的概念。32为介质中与路程为介质中与路程 r相应的相应的光程。光程。这表明,光在介质中传播路程这表明,光在介质中传播路程 r 真空中波长真空中波长传播路程传播路程
15、nr 引起的相位差相同。引起的相位差相同。我们称我们称 nr由此得到关系:由此得到关系:例例计算图中光通过路程计算图中光通过路程 r1 和和 r2 在在P点的相差。点的相差。nS1S2r1r2dP和在真空中和在真空中33二二.透镜不会产生附加光程差透镜不会产生附加光程差 物点到象点(物点到象点(亮点)亮点)各各S acbSFacbABCF acbABCF在干涉和衍射装置中经常要用到透镜,在干涉和衍射装置中经常要用到透镜,光线经过透镜后并不附加光程差。光线经过透镜后并不附加光程差。焦点焦点 F、F 都是亮点,都是亮点,说明各光线在此同相叠加。说明各光线在此同相叠加。而而 A、B、C 或或 a、b
16、、c都在同相面上。都在同相面上。光线之间的光程差为零。光线之间的光程差为零。BF,CF说明说明 AF,各各光线等光程。光线等光程。BF,CF 或或 AF,34厚度均匀薄膜在无穷远处的厚度均匀薄膜在无穷远处的等倾条纹。等倾条纹。3.6 薄膜干涉薄膜干涉(film interference)(一)(一)等厚条纹等厚条纹(equal thickness fringes)薄膜干涉是分振幅干涉薄膜干涉是分振幅干涉。日常中见到的薄膜干涉:日常中见到的薄膜干涉:肥皂泡上的彩色、肥皂泡上的彩色、雨天地上油膜的彩色、雨天地上油膜的彩色、昆虫翅膀的彩色昆虫翅膀的彩色。膜为何要薄?膜为何要薄?光的相干长度所限。光的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 大学物理 多媒体 干涉
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【a199****6536】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【a199****6536】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。