1相干光-这是由物理资源网提供的样本教案

§1相干光这是由物理资源网提供的样本教案。1.光矢量光一般指的是电磁波谱中可见光区域的电磁波；波长范围：076－0.40m。光密介质和光疏介质是由折射率划分的。电场强度E和磁场强度H的同步振动构成了电磁波。电磁波中能引起视觉和使感光材料感光的原因主要是振动着的电场E。所以将我们关心的电场振动称为光振动，场强称为光矢量。若两束光的光矢量满足相干条件，则它们是相干光，相应的光源叫相干光源。2.光的非相干叠加)cos(21020201022021020EEEEEI其中0)cos(1020；1020不固定所以22021020EEEI或21III3.相干光的条件这是由物理资源网提供的样本教案。相干条件：两相干光满足频率相同，振动方向相同，相位差恒定。两相干光叠加后的光强满足下式（叠加原理与机械波相同）：)cos(210202121IIIII令1020；对应的波程差为2，称为波程差。，干涉相消，干涉相长),2,1,0(),2,1,0()12(2kkkk，干涉相消，干涉相长),2,1,0(),2,1,0()12(kkkk综上所述：我们把能产生相干叠加的两束光称为相干光，相干叠加必须满足振动频率相同，方向相同，相位差恒定的条件。4.相干光和获得方法普通光源发光特点：每个原子一次发光只能发出频率一定、振动方向一定而程度有限的光波（波列），即原子发光有无序性。所以同一个原子先后发出的波列之间、不同原子发出E10E20E012图17-1光矢量合成的波列之间都没有固定的相位关系，振动方向和频率也不尽相同，故两个独立的普通光源发出的光不是相干光。（这是由物理资源网提供的样本教案。）普通光源：白炽灯、钠光灯、太阳等光源，是相对激光而言的。分波阵面法：从同一波阵面上取出两部分作为相干光源，即用分光束获得相干光；如杨氏实验等。分振幅法：将一普通光源上同一点发出的光，利用反射或折射等方法使它“一分为二”，沿两条不同的路径传播并相遇，这时原来的每一个波列都分成了频率相同、振动方向相同，相位差恒定的两部分，当它们相遇时，就能产生干涉现象。其原理是利用反射、折射把波面上某处的振幅分成两部分，再使它们相遇从而产生干涉现象。如薄膜干涉等。§2杨氏双缝干涉实验双镜劳埃德镜一杨氏双缝干涉实验由光源发出的光照射在单缝S上，使单缝S成为实施本实验的缝光源。在单缝S前面放置两个相距很近的狭缝S1和S2，且S1和S2与S之间的距离均相等。S1和S2是由同一光源S形成的，满足振动方向相同、频率相同、相位差恒定的相干条件。故S1和S2为相干光源。当S1和S2发出的光在空间相遇，将产生干涉现象，在屏幕P上将出现明、暗交替的干涉条纹。（这是由物理资源网提供的样本教案。）1.分波阵面获得相干光，满足振动方向相同，相位差恒定，频率相同的干涉条件。2.干涉明暗条纹的位置P点处的波程差12rr，（空气的折射率n=1）0xxx0IS2S1xr2r1PxDd图17-2杨氏双缝干涉条纹计算用图在Dd,Dx，即很小时Dxdddrrtansin12（其中Dxtan）1)双缝干涉的明暗纹条纹干涉相消暗纹干涉相长明纹,2,1,0,2,1,0)12(kkkkxDd2)干涉明暗纹的位置,2,1,02)12(,2,1,0kdDkxkdDkx，暗纹，明纹两相邻明纹或暗纹的间距都是dDx其它x点的亮度介于明纹和暗纹之间，逐渐变化综上所述，杨氏双缝干涉的特点：1)用分振幅法获得相干光，两束光初相位相同，均无半波损失；2)干涉明暗纹是等间距分布，相邻明纹间的距离与入射光的波长成正比，波长越小，条纹间距越小；3)若用白光照射，则在中央明纹（白光）的两侧将出现彩色条纹。二杨氏双缝干涉的光强分布狭缝S1和S2发出的光波单独到达屏上任一点B处的振幅分别为A1和A2，光强分别为I1和I2，则根据叠加原理，两光波叠加后的振幅为：)cos(212212221AAAAA两光波叠加后的光强为：)cos(2122121IIIII其中：212。O23234I0I2I0I0图17-3杨氏双缝干涉光强分布当A1=A2=A0，则I1=I2=I0，两光波叠加后的光强为0,2,1,04,2,1,0)12(0IkIIkkk光强暗纹光强明纹三缝宽对干涉条纹的影响空间相干性在双缝干涉实验中，如果逐渐增加光源狭缝S的宽度，则屏幕P上的条纹和会变得逐渐模糊起来，最后干涉条纹完全消失。这是因为单缝S内所包含的各小部分S、S等非相干波源；它们互不相干，且S发出的光与S发出的光通过双缝到达点B的波程差并不相等，即S、S发出的光将各自满足不同的干涉条件。比如，当S发出的光经过双缝后恰在点B形成干涉极大的光强时，S发出的光可能在点B形成干涉较小的光强。由于S、S是非相干光源，它们在点B形成的合光强只是上述结果的简单相加，即非相干叠加。所以，缝S愈宽，所包含的非相干子波源愈多，合光强的分布就愈偏离图17-的样式，结果是最暗的光强不为零，使最亮和最暗的差别缩小，从而造成干涉条纹的模糊甚至消失。只有当光源S的线度较小时，才能获得较清晰的干涉条纹，这一特性称为光场的空间相干性。强调：空间相干性是指光源不同位置发出的光在屏幕上形成的干涉条纹是非相干叠加，是光源不同点的波列相遇在空间同一点；而时间相干性是指光源同一点发出的不同时刻波列相遇在空间同一点，不能相干。这是由物理资源网提供的样本教案。四双镜图17-是双镜实验的示意图。点光源S发出的光经平面镜M1、M2反射到达屏P，这两束光可以看成是分别由虚光源S1和S2发出的，而这两束光来自同一点光源，所以它们是相干光。在它们相遇的区域将产生干涉现象。把屏幕P放到这区域中，就可以观察到明暗相间的干涉条纹。用研究杨氏双缝干涉实验类似的方法（几何方法），可以求出S1和S2之间的距离d以及S1和S2到屏P的距离d，并进而对干涉条纹作出计算。S2S1O1BOdr2r1SSSP图17-4空间相干性插入相干性动画演示双镜干涉实验的特点：1.两束相干光可看作是由虚光源S1,S2发出；2.两虚光源相位相同，可比作杨氏双缝干涉实验中的两个狭缝；3.两束光均有半波损失；4.重叠区形成条纹，条纹对两虚光源不对称。五劳埃德镜劳埃德镜实验不但显示了光的干涉现象，而且还显示了当光由光速较大（折射率较小）的介质射向光速较小（折射率较大）的介质时，反射光的相位发生了跃变。从狭缝S1发出的光，一部分直接射到屏幕上，另一部分掠射到反射角M上，反射后到达屏幕上。反射光可看成是由虚光源S2发出的。S1和S2构成一对相干光源。图中阴影区域表示叠加的区域，在屏幕上可以观察到明暗相间的干涉条纹。若把屏幕放到和镜面相接触的P位置，此时从S1和S2发出的光到达接触点L的路程相等，在L处似乎应出现明纹，但是实验事实是，在接触处为一暗纹。这表明，直接射到屏幕上的光与由镜面反射出来的光在L处的相位相反，即相位差为。由于入射光的相位没有变化，只能是反射光的相位跃变了。容易明白：在双镜干涉实验中M1和M2两平面镜上反射的两束光，虽然都发生了的跃变，但两者的光程差（或相位差）却不变。劳埃德镜干涉实验的特点：1.两束相干光由光源S和虚光源S发出；2.两光源相位相同，可比作杨氏双缝干涉实验中的两个狭缝；3.只有虚光源有半波损失；4.重叠区形成条纹，条纹对两光源不对称。§3光程薄膜干涉薄膜干涉：如阳光照射下的肥皂膜，水面上的油膜，蜻蜓、蝉等昆虫的翅膀上呈现的彩色花纹，车床车削下来的钢铁碎屑上呈现的蓝色光谱等。薄膜干涉的特点：厚度不均匀的薄膜表面上的等厚干涉和厚度均匀薄膜在无穷远出形成的等倾干涉。这是由物理资源网提供的样本教案。一光程当两束光分别通过不同介质时，由于同一频率的光在不同介质中的传播速度不同，因此不同介质中的光波波长不同。这时就不能只根据几何路程差来计算相位差了。为此，引入光程的概念。1.光程…………d1d2d3dmn1n2n3nm图17-5光程计算用图分析：单色光振动频率在不同介质中是不同的。在折射率为n的介质中，光速变为ncV/介质中的波长变为nV因此在折射率为n的某一介质中，如果光波通过的几何路程为x，其间的波数为/x，同样波数的光波在真空中通过的几何路程将是：nxx/上式表明：光波在介质中传播时，其相位的变化不仅与光波传播的几何路程和真空中的波长有关，而且还与介质的折射率有关。光的折射率为n的介质中通过几何路程L所发生的相位变化，相当于光在真空中通过nL的路程所发生的相位变化。光程：光波在某一介质中，所经历的几何路程d与这介质的折射率的乘积。iidnL有了光程这一概念，就可以把单色光在不同介质中的传播路程，都折算为该单色光在真空中的传播路程。由此可见：两相干光分别通过不同的介质在空间某点相遇时，所产生的干涉情况与两者的光程差有关。2.光程差光程差：12LL；与相位差的关系：2如图所示，两相干光波在相遇点的相位差为：])1()[(2}]){[2)(2121212dnrrrnddrLL二透镜不引起附加的光程差理论和实验表明：使用透镜只能改变光波的传播情况，但对物、像间各光线不会引起附加的光程差。图17-6光程差计算用图图17-7透镜的等光程性示意图注意：等光程不是放入透镜前后同一条光线等光程，而是指原同相位的光线间在加入透镜后保持等光程。三薄膜干涉当一束光射到两种介质的界面时，将被分成两束，一束为反射光，另一束为折射光，从能量守恒的角度来看，反射光和折射光的振幅都要小于入射光的振幅，这相当于振幅被“分割”了。两光线a,b在焦平面上P点相交时的光程差inne22122sin2取决于n1,n2,n3的性质。由半波损失决定的，等于20或。对于厚度均匀的薄膜，光程差是由入射角i决定的，凡以相同的倾角入射的光，经膜的上、下表面反射后产生的相关光束都有相同的光程差，从而对应于干涉图样样中的一条条纹，故将此类干涉条纹称为等倾条纹。等倾干涉明纹的光程差的条件：),3,2,1(2sin222122kkinne，等倾干涉暗纹的光程差的条件：),3,2,1()12(sin222122kkinne，两透射光线a,b相干的光程差：inne22122sin2这是由物理资源网提供的样本教案。透射光也有干涉现象。当反射光的干涉相互加强时，透射光的干涉相互减弱。显然，这是符合能量守恒定律的。反射光相互加强时透射光相互减弱，当反射光相交减弱时，透射光相互加强，两者是互补的。增透膜：膜的厚度适当时，可使某种波长的反射光因干涉而减弱，从而使更多的光能透过元件。增反膜（高反射膜）：膜的厚度适当时，能使某些波长的反射光因为干涉而增强，从而使某些波长的光更多地反射。WORD格式《大学物理》教案，含文字、图形、公式，可解除您编辑教案的劳苦，打印出漂亮的教案。适用对象：非物理专业学生的普物课,300元。abibS薄膜an1n2n3图17-9薄膜干涉光路图图17-8等倾干涉条纹