大学物理教案chap142

广义：电磁波狭义：可见光，电磁波中的狭窄波段光颜色：紫~红:4000Å~7000Å(3900Å~7600Å):7.691014Hz~3.951014Hz§14.2光的干涉干涉、衍射本质：波的叠加光矢量：引起视觉和感光作用:E光振动：周期性变化大小、方向随ttE:)()cos(0tEE光强：20EI相对光强：20EI光波：交变电磁场在空间传播HES一、光的相干性1.光波叠加原理对于不太强的光，当几列光波在传播过程中相遇时，相遇区域每一点的光矢量等于各列光波单独传播时在该点的光矢量的矢量和iiEEEE21S1S2Pr1r2注：光强不太强意味着各向同性介质的极化强度与光矢量存在线性关系EEP0P2.光的相干叠加光强分布：cos22121IIIII干涉项12122rr相同：相干条件振动方向相同频率相同相位差恒定21若21rrk2)12(k相长相消2,1,0k相长相消2,1,0kk2)12(k光与机械波相干性比较一般光源的发光机制：被激发到较高能级的原子跃迁到低能级时，辐射出多余能量。不同原子发光、或同一原子各次发光频率振动方向初相具有随机性不满足相干条件两普通光源或同一光源的不同部分是不相干的不同：机械波源与光波波源特征不同容易满足相干条件难以满足相干条件3.从普通光源获得相干光思路：将同一点光源某一时刻发出的光分成两束，再引导其相遇叠加分波阵面法将同一波面上两不同部分作为相干光源S*S1S2将透明薄膜两个面的反射（透射）光作为相干光源分振幅法(分振幅~分能量)S二、光程光程差12122rr时当12212rr)(2221ddrr如何简化？相干光在相遇点P叠加的合振动强度取决于两分振动的相位差PS1S2r1r2PS1S2r1r2dn折合原则：在引起光波相位改变上等效。介质中传播x距离相位改变为：x2设真空中引起同样的相位改变传播的距离为ynxucxucxxy2介质折射率思路：设法将光在介质中传播的距离折合成光在真空中的距离，计算。统一使用真空)(2221ddrrc真空介质22=4=4x?u结论：光在折射率为n的介质中前进x距离引起的相位改变与在真空中前进nx距离引起的相位改变相同光程差：等效真空程之差2211rnrn统一为：212光程差真空中波长定义：介质折射率几何路程光程等效真空程当k2)12(k相长~明相消~暗2,1,0k若212当k2)12(k明暗2,1,0k212光程差真空中波长常见情况：光由光疏介质射到光密介质界面上反射时附加光程差2薄透镜不引起附加光程差(物点与象点间各光线等光程)证明请参看理科光学教程(证明参看姚启均“光学教程”P.37)折射率n较小n较大（半波损失）真空中加入厚d的介质、增加(n-1)d光程dndnd)1(dn三、双缝干涉空间相干性装置：1.杨氏双缝干涉Ddtgsin明暗纹条件sin12drrDdSr1r2dsinPxo12rrDxddrrsin12明暗纹条件Dxddrrsin12,2,1,0kxdkD2)12(dDk明暗,2,1kk取值与条纹级次一致k2)12(k明暗,2,1k,2,1,0kr1r2dsinPxodSS1S2单缝双缝1=2DS*条纹特点形态：平行于缝的等亮度、等间距、明暗相间条纹1max4II0minI条纹亮度：dDx条纹宽度：S1S2**:一定、Ddx紫红xx:一定Dxdx1双缝间距越小，条纹越宽条纹变化S*白光照射双缝:零级明纹：白色其余明纹：彩色光谱高级次重叠。练习用白光光源进行双缝干涉实验，求清晰可辩光谱的级次最先重叠：相同某级红光和高一级紫光紫红）（1kk31400070004000紫红紫k未重叠的清晰光谱只有一级。:oA7000~4000零级二级一级三级2.其它分波阵面干涉菲涅耳双面镜菲涅耳双棱镜SEAAS1S2d洛埃镜注:(1)干涉条纹只存在于镜上方(2)当屏移到镜边缘时，屏于镜接触点出现暗条纹—光在镜子表面反射时有相位突变π。练习1：14-7P.1467)1(dnm1064615811055071769nd条纹下移071s2ss071s2ssdn练习2将杨氏双缝干涉实验装置中的一条缝用折射率为1.4的透明薄膜覆盖，这时原来屏上呈现中央明纹的那个位置，被原来的第5级明纹占据，假设入射光波长为480nm，试求透明薄膜的厚度。0Δ5Δ1s2ss0Δ5Δ1s2ssdn5)1(dn条纹下移m10061411048051569nd3.光的空间相干性能否通过增加单缝光源宽度来提高干涉条纹亮度?SS上移至条纹向下平移考虑将缝光源垂直于轴上、下移动对干涉条纹的影响。oS=0=0Sob的极限宽度：dBbbBd缝宽b:许多平行线光源，彼此干涉条纹错开，条纹清晰度下降直至消失形成清晰的干涉条纹两处的光相遇才能即只有波面上距离bBd光的空间相干性es1n2n1n1四、薄膜等厚干涉1.薄膜干涉介质1n薄膜en,2光波、、i入射光1Pbd23iacPhf54反射光2、3相干光透射光4、5相干光相遇P点光强取决于P2)(12adnbcabn反2sin222122inne由几何关系、折射定律(教材P.164)21nn2有3无21nn2无3有项中有反2:2项涉及反射，考虑有无半波损失es1n2n1n1Pbd23iacPhf54innebhncfbcn2212212sin2)(透考虑半波损失：21nn4无5无21nn4无5两次明暗条纹条件：透反，无论k明k=1、2、3...2)12(k暗k=0、1、2...项中无透2es1n2n1n1Pbd23iacPhf54讨论项应该由具体情况决定公式中有无2设1n2n3n能量守恒。总的干涉条纹明暗互补，总相差反射、透射光的光程差,22321,nnnn2321,nnnn项有反2项无透2321nnn321nnn项无反2项有透2