党的群众路线教育实践活动党员个人党性分析材料

第三章光的干涉•3.1光的电磁理论•3.2波的叠加和相干条件•3.3干涉图样干涉条纹的可见度•3.4分波面双光束干涉•3.5菲涅耳公式内容•3.6分振幅薄膜干涉（一）——等倾干涉•3.7分振幅薄膜干涉（二）——等厚干涉•3.8迈克耳孙干涉仪•3.9法布里-珀罗干涉仪多光束干涉•3.10干涉现象的一些应用牛顿环3.1光的电磁理论1.光与电磁波的比较：a.在真空中，传播速度均为smc/1038b.有横波的性质，即有干涉、衍射、偏振等现象电磁波：无线电波γ射线Hz610Hz20103可见光：Hz1414106.7104结论：光是某一波段的电磁波。2.光速、波长和频率三者的关系ν——频率，表征发光机制的物理量真空中，0c介质中，折射率的定义：cnn0红red橙orange黄yellow绿green青cyan蓝blue紫purple400430450500570600630760nm可见光4~7.6×1014Hzrrc光波1rrn3.光强能流密度:是指在单位时间内通过与波的传播方向垂直的单位面积的能量。光强度I（平均能流密度）正比于电场强度振幅A的平方。2AI2AI通常:3.2波动的叠加性和相干条件波球面波（点光源）柱面波（柱形光源）平面波（光源在无穷远或经过透镜)平面波公式：光矢量O点的振动:os时间周期性——T=2v=2/T空间周期性——k=2/-速度，r-o和s之间的距离,t=r/波动方程振幅矢量前言)cos(0tAE])/(cos[0vrtAES点的振动]cos[0krtAEvk/——vv3.2.1波动的独立性a.两列波在空间相遇后，各自保持原来的方向传播。b.两列波相遇部分的振动等于两波矢量和。c.一波面被截去一部分，不影响其余部分的传播叠加·P··12r1r20111111cosrktAE0222222cosrktAE21EEE022222011111rktrkt，独立性iiieAEeAEeAE,,212211干涉因子β1β2βEE1E2122122211221222121212cos2AAAAEEEEEEEEEEEEEI00cos21221AA非相干相干coscos221AAA1A2，cos=0A1A2，cos02121IIIII位相差：：cos11220102120102010222111212121212cos.300cos.20cos0coscos,.1rkrkrkrktt，，，，，，，，不相干叠加相干叠加)()()(010211221212rkrkt不相干不相干相干恒定相干3.2.2相干条件1.光波频率相同2.光波振动方向相同3.有固定的位相差两补充条件：★两光波在相遇处振幅不能相差太大★两光波在相遇处位相不能相差太大3.3干涉图样干涉条纹的可见度3.3.1位相差和光程差两列振动频率相同的波同时到达空间一点P时，位相差可表示为：位相差初始位相差221102201102211010202/2/2rnrnrnrnrkrk光程(△)在均匀介质里,光程：ctrcnr光程也可认为相同时间内光在真空中通过的路程。光程差(δ)1122rnrn,0102如果01122022rnrn位相差：在空气中:1,120nnn∴2212rr光在介质里通过的路程×介质的折射率=r×n122cos2221221212221jAAjAAAAAAI3.3.2干涉图样j=0,±1,±2,…221jj干涉相长（明纹）干涉相消（暗纹）干涉相长干涉相消*3.3.3干涉条纹的可见度双光束干涉强度分布cos2212221AAAAI可见度221min221max,AAIAAI0,1,0minmaxminminmaxminmaxVIIVIIIIIV条纹清晰条纹模糊21212212122212101122AAAAAAAAAAAAV——验证了干涉条件之一振幅相差不能太大2221210AAIIIcos212221212221AAAAAAIcos10VI令*3.3.4时间相干性合成光强123456012345x0I+(/2)-(/2)非单色性对干涉条纹的影响设能产生干涉的最大级次为kM，应有：Mk)2)(1()2(MMkkIK级亮纹位置drky0条纹宽度drky0当k级亮纹与当k+1级亮纹连起来时，见不到条纹相干长度—相干长度两列波能发生干涉的最大波程差叫相干长度。SS1S2c1c2b1b2a1a2·PS1S2Sc1c2b1b2a1a2P·波列长度就是相干长度只有同一波列分成的两部分，经过不同的路程再相遇时，才能发生干涉。2MMk:中心波长白光400-760nm氦氖激光镉灯cd=580nm=632.8nm=643.8nmΔ=360nmΔ=10-8nmΔ=0.001nmL~L~40kmL~0.4m相干性差，不易见到干涉条纹相干性好，极易见到干涉条纹相干性一般，实验室易调节干涉条纹相干长度2L三、空间相干性1.光源的线度对干涉条纹的影响xI合成光强0Nx+1L0M0L-1NS1d/2S2RD光源宽度为bL0M0LI非相干叠加+1LdDx2.极限宽度当光源宽度b增大到某个宽度b0时，一级明纹：纹刚好消失，Dd：Rb0,d：干涉条b0就称为光源的极限宽度。0·r2单色光源x)()(1122rrrr'002sinrbdd22sin0rxdd22'00rbd+1Lr1△x/2dr0r´0r2r1b0/2LMdrx0——光源的极限宽度0bb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40bb有：由22'00rbddrb'003.4分波面双光束干涉S*PP·S*波面分割法振幅分割法在P点相干叠加薄膜振幅分割法波面分割法3.4.1杨氏双缝实验xr1r2P·单色光入射d，r0d（d10-4m，r0m）012tgsinrxdddrr2波程差：相位差：s2xr00s1dx0xIx明纹暗纹条纹间距…2,1,0,,0kdrkxkk2)12(,2)12(0)12(drkxkkdrx0xr1r2P·s2xr00s1d光强公式若I1=I2=I0，有)2sin(d光强曲线I02-24-44I0j012-1-2sin0/d-/d-2/d2/dx0x1x21x2x2cos420II，cos22121IIIII条纹特点：(1)一系列平行的明暗相间的条纹；(2)不太大时条纹等间距；(3)中间级次低，两边级次高；明纹：k，k=1，2…（整数）暗纹：(2k+1)/2（半整数）(4)，x白光入射时，0级明纹白色,其余级明纹构成(5)光源不在S1S2的中线上时，条纹反方向平移彩带,第2级开始出现重叠（为什么？）红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Young’s3.4.2菲涅耳双面镜条纹宽度sin20rlrdryθ2θM1M2S1S2SAPlr3.4.3劳埃得镜SS’Pi1M注：1.只有y0时，条纹才存在2.y=0时，为暗纹半波损失（?）y}光从光疏介质向光密介质传播，反射光存在半波损失。例1.杨氏双缝干涉实验中，已知双缝间距为d，光源S发出的光波含有1和2两种波长的光，求距离双缝为l的屏上的光强分布。解：由于1和2的频率不同，它们之间不相干。总光强为：I=I1+I224,242220212101CosIICosII由光强公式22112,2lyd222012102144lydCosIlydCosIIII3.5菲涅耳公式n1n2i1i’1i2Ap1Ap2A’p1As1A’s1As2图中s,p的方向为规定的正方向S,p,和光线传播方向构成右螺旋3.5菲涅耳公式n1n2i1i’1i2Ap1Ap2A’p1As1A’s1As2图中s,p的方向为规定的正方向S,p,和光线传播方向构成右螺旋反射系数21211'1sinsiniiiiAArsss21211'1iitgiitgAArppp透射系数211212sincossin2iiiiAAtsss21211212cossincossin2iiiiiiAAtppp解释了光从光疏介质n1入射到光密介质n2，反射光存在半波损失现象(i1i2,rs0)21211'1iitgiitgAArppp0i1+i2/2位相相反0i1+i2/2位相相反21211'1sinsiniiiiAArsss0A’s1As1方向相反3.6分振幅薄膜干涉（一）——等倾干涉3.6.1单色点光源引起的干涉现象特点：1.反射光强~4%入射光强2.Atr3t’比Ar和Atrt’小得多3.透射光Atr2t’比Att’小得多只考虑两根反射光的干涉。一般情况透射光干涉对比度十分低AArAtnAtrt’Atr3t’AtrAtr2Atr3Att’Atr2t’p59光程差公式:121221122sintan2cos2iihnihnsnsn222222cos2cos2iiinhsnihn(n1sini1=n2sini2)12212222222sin2sin12cos2innhihnihn122122122122sin2sin2innhinnh2没有半波损失有半波损失分析半波损失ataratt’ratr平行光aatt’att’ri2i1i1’n1n1n2h当n1,n2固定时，δ与h,i有关h不变——等倾条纹21kk亮纹暗纹I1固定——等厚条纹此时k取决于i1—具有相同倾角的光束产生同一条等倾干涉条纹此时k取决于h—从相同厚度处反射的光产生同一条等厚干涉条纹分析半波损失：n1=1n2=1.33n3=1n1=1n2=1.33n3=1.5n1=1.5n2=1n3=1.53.6.2单色发光面引起的等倾干涉i1Piforhnnnn面光源···kinnh)2(sin2122122亮纹22sinii''22'222cos22cos2kihnkihn1'kkhn22两式相减2'2coscosii=λ两相邻亮纹的波程差~~~~~~~~~~~222sin2ihni∴条纹不等间隔，中心疏，边缘密*形状：透镜焦平面同心上一系列圆环条纹特点*条纹间隔分布:kinnh)2(sin2122122中心疏，边缘密（为什么？）kihn)2(cos222h增大，k0增大，条纹从中心突出等倾干涉条纹中心级次高，边缘级次低