(35)相干光和双缝干涉

波动光学（35）相干光和双缝干涉一、光源、光的叠加、相干光利用化学能、电能或光能激发的称为冷光源，例如：磷光、辉光等光源普通光源热光源冷光源利用热能激发的光源称为热光源。例如：火、太阳、白炽灯等；激光光源1、光源的发光机理不同光源的激发方式不同，其发光机理也不相同。波动光学（35）相干光和双缝干涉hE原子能级及发光跃迁基态激发态nE跃迁自发辐射热光源，大量的低能级原子、分子（或离子）在热能的激发下跃迁至高能级激发态。激发态是不稳定的，原子在激发态上的平均寿命只有大约10-10s，因此原子会自发地向低能级或者是基态能级跃迁。在跃迁过程中，每个原子将多余的能量以电磁波形式向外辐射，如果辐射频率处在可见光波段，就称之为“发光”。波动光学（35）相干光和双缝干涉波动光学（35）相干光和双缝干涉s10~10:1082、普通光源发光特点原子发光的时间极短。因此每一束电磁波持续时间很短，在空间上形成有限长度的波列。波列波列长L=c秒810光源的最基本发光单元是分子、原子或离子，彼此独立的，互不相关。各自相互独立地发出一个个波列，它们的发射是偶然的，彼此间没有任何联系。在同一时刻，各原子或分子所发出的光，即使波长、频率相同，相位和振动方向也不一定相同。•发光具有随机性4321n频率不同波动光学（35）相干光和双缝干涉•发光具有间隙性由于原子或分子的发光是间歇的，当它们发出一个波列后，要间隔若干时间才能再发出第二个波列。所以，即使是同一个原子，它先后所发出的波列的相位和振动方向也很难相同。··独立(不同原子发的光)独立(同一原子先后发的光)我们通常所见到的光波，就是大量的电磁波列彼此迭加之后的结果。由此可见，普通光源所发出的光一般是复合光，具有不同的频率成份。另外，光矢量没有确定的振动方向和确定的相位关系。波动光学（35）相干光和双缝干涉如图，有两盏钠光灯，发出波长相同的光，照射到点P，问能否产生干涉？为什么？2S1SPPBA思考如果只用一盏钠光灯，并用墨纸盖住钠光灯的中部，使A、B两部分的光同时照射到点P，问能否产生干涉？为什么？【答】都不能产生干涉。P21波动光学（35）相干光和双缝干涉3、光波的叠加频率相同光矢量方向相同两束光在p点相遇对于机械波，两列振动方向相同的同频率的简谐波一定相干，但是用两个独立的同频率的单光源却不一定能获得光的干涉图样。1S2Sp1E2E1r2r考虑这两个同频率单色光在空间p点的光矢量大小分别为11101cos[()]rEEtu22202cos[()]rEEtu222102010202cosEEEEE则合成后波动光学（35）相干光和双缝干涉222102010202cosEEEEE21212()rrcos22121IIIII合光强注意：原子发光时间极短，人眼和感光仪器感受到的光强应该是较长时间内的平均值，即：121201(2cos)IIIIIdt1212012cosIIIIdt1、相干光：初相差恒定，该项为恒量2、非相干光：初相差“瞬息万变”，该项为0波动光学（35）相干光和双缝干涉cos22121IIIII①相干光1、相干光：该项为恒量2、非相干光：该项为0②非相干光21III时，当2010EE1212012cosIIIIIdt初相差“瞬息万变”初相差恒定2k(21)k干涉相长干涉相消04II0I01cos0dt等与两光束单独照射时的光强之和波动光学（35）相干光和双缝干涉满足相干条件的光称为相干光。产生相干光的光源称为相干光源。4、相干光的产生光的相干条件光矢量的振动方向相同，频率相同，初相差恒定。利用普通光源获得相干光的方法的基本原理是把由光源上同一点发出的光设法分成两部分，然后再使这两部分叠加起来。由于这两部分光实际上来自同一点光源，所以它们满足相干条件，因而是相干光。从普通光源的发光机制可知，来自两个独立光源的光是非相干光，而来自同一光源的两个不同部分的光也不是相干光。波动光学（35）相干光和双缝干涉制造相干光：波阵面分割法*光源1s2s振幅分割法波动光学（35）相干光和双缝干涉p1s2ssxoB实验装置d1r2r二、杨氏双缝干涉实验DdD例：d大约0.2（mm），D约为1m以上。由S1和S2构成一对相干光源。（分割波阵面法）波动光学（35）相干光和双缝干涉杨氏干涉试验介绍杨氏（ThomasYoung）(1773-1829)所作的演示光的干涉效应的实验，第一次把光的波动学说建立在坚实的实验基础上，杨氏根据他的实验推算出光的波长，第一次测定了这个重要的物理量。波动光学（35）相干光和双缝干涉p1s2ssxooB实验装置d1r2rdDD双缝干涉π2kπ)12(k加强减弱已知目标暗纹明纹？?xrx？？λ2πΔΔr相位差波动光学（35）相干光和双缝干涉p1s2ssxooB实验装置d1r2rdDDxd杨氏双缝干涉条纹公式Drsin12drrr波程差Dxtansin波动光学（35）相干光和双缝干涉2)12(k减弱kDxdr加强,2,1,0kdDk2)12(暗纹dDkdDk22x明纹,2,1,0kp1s2ssxooBd1r2rDr波动光学（35）相干光和双缝干涉dDxxxkk1①条纹分布：对称、等间隔②条纹间距：讨论双峰干涉条纹的特征2)12(kdD暗纹dDkx明纹,2,1,0k波动光学（35）相干光和双缝干涉例、在双缝干涉实验中两缝间距为0.30mm,用单色光垂直照射双缝,在离缝1.20m的屏上测得中央明纹一侧第5条暗纹与另一侧第5条暗纹间的距离为22.78mm,问所用光的波长为多少?是什么颜色的光?212kdDx暗纹410278.223kmx且）（又nm8.632解得为红光解：波动光学（35）相干光和双缝干涉例、在杨氏双缝干涉中，若作如下变动，屏幕上干涉条纹将如何变化？1）将双缝（S1和S2）的间距d增大；2）将钠光换成波长为632.8nm的氦氖激光（相当于将波长变长了）3）若用白光照射时，出现什么情况？4）将屏幕向双缝屏靠近；5）将整个装置浸入水中；6）在双缝之一的后面放一折射率为n的透明薄膜时，条纹如何变化？波动光学（35）相干光和双缝干涉1）条纹间距与的关系如何？xd一定时，D、d越大，条纹间距越小，条纹越密集，条纹越窄波动光学（35）相干光和双缝干涉一定时，若变化，则将怎样变化？Dd、x2）波长越大，条纹间距越大，条纹越稀疏，条纹越宽波动光学（35）相干光和双缝干涉答：若用复色光源，则高级的干涉条纹是彩色的。在中心白色明纹的两侧附近可看到依稀的彩色干涉条纹。1k2k1k3k3k2k色散叠级3）若用白光照射时，出现什么情况？波动光学（35）相干光和双缝干涉4）将屏幕向双缝屏靠近；即缩小D，条纹间距变小相当于波长变短故条纹间距变小n'介质中的波长ndDdDx05）将整个装置浸入水中；以上4种情况，条纹级次不变，中央条纹位置不变dDx波动光学（35）相干光和双缝干涉条纹宽度不变，但条纹整体向放置透明薄膜的方向移动1S2S1r2rh【详解】必须要引入“光程”、“光程差”概念6）在双缝之一的后面放一折射率为n的透明薄膜时，条纹如何变化？