大物光的干涉

第十一章波动光学物理学第五版1波动光学第十一章第十一章波动光学物理学第五版2一光学的发展二千多年历史：公元前500年左右光是什么？粒子性：牛顿1704年《光学》波动性：惠更斯1678年《论光》波粒二象性：爱因斯坦1905年光量子理论引言第十一章波动光学物理学第五版3引言第十一章波动光学物理学第五版4引言第十一章波动光学物理学第五版5物理光学------波动光学-----波动性几何光学------光传播的几何性质现代光学------量子光学-----量子性------非线性光学------信息光学------光电子学、光子学……二光学的内容引言第十一章波动光学物理学第五版6现代光学（量子光学---）发射传播与物质相互作用接收几何光学波动光学引言第十一章波动光学物理学第五版7现代光学（量子光学）（光电子学）（光子学---）经典光学（几何光学）（波动光学）激光引言第十一章波动光学物理学第五版8生产、军事、医学、能源、科研、日常生活……三光学的应用------各个领域引言第十一章波动光学物理学第五版9激光步枪引言第十一章波动光学物理学第五版10激光炮引言第十一章波动光学物理学第五版11激光切割机引言第十一章波动光学物理学第五版12引言第十一章波动光学物理学第五版13引言第十一章波动光学物理学第五版14引言第十一章波动光学物理学第五版15引言第十一章波动光学物理学第五版16引言第十一章波动光学物理学第五版17引言第十一章波动光学物理学第五版18NobelPrizeinPhysics2005“对光学相干的量子理论的贡献”RoyJ.Glauber奥伊-格拉贝尔1/2oftheprizeHarvardUniversityUSAJohnL.Hall约翰-哈尔1/4oftheprizeUniversityofColorado,USATheodorW.Hänsch特奥多尔-汉什1/4oftheprizeMax-Planck-Institute,Germany“对基于激光的精密光谱学发展作出的贡献”引言第十一章波动光学物理学第五版19NobelPrizeinPhysics2006“宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”引言约翰·马瑟美国宇航局戈达德航天中心乔治·斯穆特美国加利福尼亚大学伯克利分校第十一章波动光学物理学第五版20NobelPrizeinPhysics2007表彰他们发现巨磁电阻效应的贡献法国艾尔伯-费尔德国皮特-克鲁伯格引言第十一章波动光学物理学第五版21NobelPrizeinPhysics2008预言”了量子世界自发性对称破缺现象的存在机制和根源美籍小林诚南部阳一郎益川敏英引言第十一章波动光学物理学第五版22NobelPrizeinPhysics2009引言第十一章波动光学物理学第五版23光的干涉一理解相干光的条件及获得相干光的方法.二掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变.教学基本要求第十一章波动光学物理学第五版24三能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置.四了解迈克耳孙干涉仪的工作原理.教学基本要求第十一章波动光学物理学第五版25光的偏振教学基本要求光的衍射第十一章波动光学物理学第五版26光的干涉INTERFERENCE第十一章波动光学物理学第五版27一光的相干性频率相同、振动方向一致、位相差恒定.1光的相干条件2光的干涉现象明（加强）、暗（减弱）相间的条纹§11-1相干光11-1相干光第十一章波动光学物理学第五版281光是一种电磁波(横波)光矢量矢量能引起人眼视觉和底片感光，叫做光矢量.E电场磁场电磁波方向EHz二光波的基本特点11-1相干光第十一章波动光学物理学第五版292光的单色性单色光具有单一频率的光。可见光波长400---760nm频率4.3×1014--7.5×1014HZ复色光各种频率复合起来的光。（真空中）11-1相干光第十一章波动光学物理学第五版30紫400--430nm蓝430--450nm青450--490nm绿490--560nm黄560--590nm橙590--630nm红630--760nm632.8nm可见光波长范围：400---760nm实验室光源钠光灯He-Ne激光器589.3nm单位换算11-1相干光1nm=10-9m1A=10-10m。第十一章波动光学物理学第五版31三光源及发光机理1光源发光的物体称为光源。11-1相干光光源发光类型热辐射电致发光光致发光生化发光受激辐射第十一章波动光学物理学第五版32各类发光二极管深海发光鱼荧光玩具太阳11-1相干光第十一章波动光学物理学第五版33原子能级及发光跃迁基态激发态nE跃迁自发辐射s10~10:108thE11-1相干光a原子或分子所发的光是一个个很短波列b不同分子或原子发光具有各自独立性c同一分子或原子发光具有间歇性2普通光源发光特点第十一章波动光学物理学第五版34普通光源：自发辐射独立（同一原子不同时刻发的光）独立（不同原子同一时刻发的光）··11-1相干光第十一章波动光学物理学第五版35完全一样(频率、位相、振动方向,传播方向)激光光源：受激辐射E1E2=(E2-E1)/h11-1相干光第十一章波动光学物理学第五版36普通光源发光特点：原子发光是断续的，每次发光形成一长度有限的波列,各原子各次发光相互独立，各波列互不相干.11-1相干光P21两个独立光源—非相干光同一光源不同部分发出的光也是非相干光如何获得相干光呢?第十一章波动光学物理学第五版37基本思想：将同一光源同一部分发出的同一束光设法分成两束，让它们经过不同路径后相遇。基本方法：分振幅法和分波阵面法。11-1相干光四获得相干光的方法第十一章波动光学物理学第五版381)分振幅法将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，沿两条不同路径传播并相遇如薄膜干涉等11-1相干光第十一章波动光学物理学第五版392)分波阵面法*光源1s2s同一波阵面上取两部分作为相干光源11-1相干光第十一章波动光学物理学第五版40ThomasYoung(1773~1829)英国物理学家、考古学家、医生、光的波动说奠基人之一。杨氏双缝干涉实验是最早利用单一光源，通过分波阵面法获得干涉现象的典型实验。§11-2双缝干涉一杨氏双缝干涉实验(1801)11-2杨氏双缝干涉第十一章波动光学物理学第五版411实验装置一个有单缝的屏：产生“线光源”．一个有双缝的屏(缝间距很小约0.1毫米)：产生相干光．一个光屏：接收干涉图像．11-2杨氏双缝干涉第十一章波动光学物理学第五版42ooB实验示意图1s2sspdd''dxdrsin12drrrx1r2r'dd'/tansindxxd'11-2杨氏双缝干涉2理论计算第十一章波动光学物理学第五版43二列波干涉加强和减弱的条件kr22位相差条件加强kr或波程差条件加强11-2杨氏双缝干涉,2,1,0k)12(k减弱2)12(k减弱第十一章波动光学物理学第五版442)12(k减弱k'dxdr加强,2,1,0k2)12('kdd暗纹ddk'x明纹,2,1,0kp1s2ssxooBd1r2r'dr11-2杨氏双缝干涉第十一章波动光学物理学第五版45(2)条纹间距ddx'(1)明暗条纹中心的位置2)12('kdd暗纹ddk'x明纹,2,1,0k一系列平行的明暗相间的等间距条纹；各级明暗纹在中央明纹两侧对称分布。(3)条纹特点x=0处,k=0,中央明纹11-2杨氏双缝干涉x其它地方的亮度介于最明和最暗之间k=3k=2k=1k=0第十一章波动光学物理学第五版461)条纹间距与的关系如何？xdxd讨论:11-2杨氏双缝干涉第十一章波动光学物理学第五版472)若变化,则将怎样变化？xx11-2杨氏双缝干涉第十一章波动光学物理学第五版48杨氏双缝实验中用白光照射时中央明纹为什么色？白色思考：11-2杨氏双缝干涉*两侧呢?彩色条纹第十一章波动光学物理学第五版49中央明纹两侧出现彩色条纹，最靠近中央明纹的是什么颜色？dDx紫色11-2杨氏双缝干涉第十一章波动光学物理学第五版50P1M2MLCd2s'd1ss二菲涅耳双面镜11-2杨氏双缝干涉第十一章波动光学物理学第五版51S1S2SMdP11-2杨氏双缝干涉三菲涅耳双棱镜理论分析等效于杨氏双缝第十一章波动光学物理学第五版52四劳埃德镜1sPM2sd'dP'L11-2杨氏双缝干涉干涉条件与杨氏双缝相反——半波损失2221MSMSr第十一章波动光学物理学第五版53四．半波损失11-2杨氏双缝干涉光由光疏介质(n小)射向光密介质(n大)时，在掠射（i≈90o)或正入射(i≈0o)时,反射光位相较之入射光的相位有的突变.π第十一章波动光学物理学第五版54例1以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m.(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5mm，求单色光的波长；(2)若入射光的波长为600nm，中央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？11-2杨氏双缝干涉第十一章波动光学物理学第五版55d’解(1)(2),2,1,0,kkλddxk141414Δkkddxxx500nm'1414kkxddλ1.5mm21λddx'已知求(1)?λ(2)mm5.714xnm600λ?x'mm2.0dm1'dk=3k=2k=1k=014xk=411-2杨氏双缝干涉第十一章波动光学物理学第五版56例2用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的彩色光谱？解用白光照射时，除中央明纹为白光外，两侧形成内紫外红的对称彩色光谱.当k级红色明纹位置xk红大于k+1级紫色明纹位置x(k+1)紫时，光谱就发生重叠。据前述内容有红红dd'kxk紫紫dd'kxk)1()1(11-2杨氏双缝干涉第十一章波动光学物理学第五版57将红=760nm，紫=400nm代入得：k=1.1紫红)1(kk即：在中央白色明纹两侧，只有第一级彩色光谱是清晰可辨的．由xk红=x(k+1)紫的临界情况可得因为k只能取整数，即k=2时条纹就重叠11-2杨氏双缝干涉第十一章波动光学物理学第五版58一光程光在真空中的速度001c光在介质中的速度1uncu1'uc真空中的波长介质的折射率n'介质中的波长11-3光程薄膜干涉第十一章波动光学物理学第五版59)(π2cos1101rTtEE)'(π2cos2202rTtEE*1sP1r*2s2rn11-3光程薄膜干涉第十一章波动光学物理学第五版60波程差12rrr相位差)(π2)'(π212rTtrTt*1sP1r*2s2rnn'介质中的波长11-3光程薄膜干涉第十一章波动光学物理学第五版61)'(π212rr)(π212rnr物理意义：光程就是光在介质中通过的几何路程按相位差相等折合到真空中的路程.nrr'*1sP1r*2s2rn(1)光程:介质折射率与光的几何路程之积nr11-3光程薄膜干涉第十一章波动光学物理学第五版62(2)光程差(两光程之差)12rnrΔ光程差*1sP1r*2s2rnλ2πΔΔ相位差11-3光程薄膜干涉第十一章波动光学物理学第五版63干涉加强,2,1,0,kkΔ,2,1,0π2,kk干涉减弱,2,1,0,2)12(kkΔ,2,1,0,π)12(kk11-3光程薄膜干涉第十一章波动光学物理学第五版64FABo二透镜不引起附加的光程差'FAB焦平面11-3光程薄膜干涉第十一章波动光学物理学第五版65P1n1n2n1M2MdL三薄膜干涉ADCD12sinsinnni1