相干光杨氏双缝干涉.ppt
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1、波动光学波动光学光的干涉(光的干涉(1)1一、光学的研究内容一、光学的研究内容 研究光的本性;光的产生、传输与接收规律;光研究光的本性;光的产生、传输与接收规律;光与物质的相互作用;光学的应用。与物质的相互作用;光学的应用。二、光的两种学说二、光的两种学说牛顿的微粒说牛顿的微粒说光是由发光物体发出的遵循力光是由发光物体发出的遵循力学规律的粒子流。学规律的粒子流。惠更斯的波动说惠更斯的波动说光是机械波,在弹性介质光是机械波,在弹性介质“以太以太”中传播。中传播。绪论绪论220世纪初,光电效应、康普顿效应的发现世纪初,光电效应、康普顿效应的发现光具有粒子性光具有粒子性光具有波粒二象性。光具有波粒二
2、象性。1865年麦克斯韦建立了光的电磁理论年麦克斯韦建立了光的电磁理论光是电磁波。光是电磁波。1808年马吕斯发现光的偏振现象年马吕斯发现光的偏振现象光是横波。光是横波。1850年傅科测出水中光速。年傅科测出水中光速。三、光的本性三、光的本性光的电磁理论光的电磁理论波动性波动性:干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振光的量子理论光的量子理论粒子性粒子性:黑体辐射、光电效应、黑体辐射、光电效应、康普顿效应康普顿效应3四、光学的分类四、光学的分类量量子子光光学学光光的的粒粒子子性性:研研究究光光与与物物质质相相互互作作用规律及其应用的学科用规律及其应用的学科20世纪世纪60年代激光问世后,光学有了年代激
3、光问世后,光学有了飞速的发展,形成了飞速的发展,形成了非线性光学非线性光学等现代光学。等现代光学。几何光学几何光学以光的直线传播和反射、折射定律为基础,研究以光的直线传播和反射、折射定律为基础,研究光学仪器成象规律。光学仪器成象规律。物理光学物理光学以光的波动性和粒子性为基础,研究光现象基本以光的波动性和粒子性为基础,研究光现象基本规律。规律。波动光学波动光学光的波动性:研究光的传输规律及光的波动性:研究光的传输规律及其应用的学科其应用的学科4 光是电磁波,它具有相互垂直的电场强度矢量和磁光是电磁波,它具有相互垂直的电场强度矢量和磁场强度矢量。场强度矢量。一、光波一、光波相干光相干光红外光:红
4、外光:760nm可见光:可见光:400nm与与760nm之间之间紫外光:紫外光:400nm光的颜色:光的颜色:单色光单色光只含单一波长的光:激光只含单一波长的光:激光复色光复色光不同波长单色光的混合:白光不同波长单色光的混合:白光二、光矢量二、光矢量通常通常电场强度电场强度E的振动称为光振动,的振动称为光振动,电场强度称为光矢量。电场强度称为光矢量。光的强度是由光的能流密度决定的。光的强度是由光的能流密度决定的。定义:光强度定义:光强度5E1E2自发辐射跃迁自发辐射跃迁 =(E2-E1)/h光源的最基本的发光单元是分子、原子。光源的最基本的发光单元是分子、原子。1 1、普通光源、普通光源发光时
5、间发光时间t t 10-8s三、光源的发光特性三、光源的发光特性普通光源普通光源 每个每个原子原子发光是间隙式的发光是间隙式的;各个原子各个原子的发光的发光是完全独立的是完全独立的,互不相关。互不相关。它们何时发光完全是不确定的,它们何时发光完全是不确定的,发光频率、振动方向、发光频率、振动方向、初位相以及传播方向等都可能不同初位相以及传播方向等都可能不同;普通光源普通光源 的的不同原子发的光不可能不同原子发的光不可能 产生干涉现象。产生干涉现象。例如例如:普通灯泡发的光普通灯泡发的光;火焰火焰;电弧电弧;太阳光等等。太阳光等等。波列波列波列长波列长 L=tc6可以实现光放大可以实现光放大;单
6、色性好单色性好;相干性好。相干性好。-受激辐射跃迁。受激辐射跃迁。例如例如:氦氖激光器氦氖激光器;红宝石激光器红宝石激光器;半导体激光器等等。半导体激光器等等。完全一样的光子完全一样的光子 =(E2-E1)/hE1 E2(频率频率,相位相位,振动方向振动方向,传播方向传播方向都相同)都相同)2 2、激光光源、激光光源结论:结论:普通光源发出的光波不满足相干条件,不是相干光,普通光源发出的光波不满足相干条件,不是相干光,不能产生干涉现象;激光是相干性很好的相干光。不能产生干涉现象;激光是相干性很好的相干光。7四、光的干涉现象四、光的干涉现象两束满足相干条件的光称两束满足相干条件的光称为为相干光相
7、干光.相应的光源称为相应的光源称为相干光源相干光源.光的相干条件光的相干条件振动方向相同振动方向相同振动频率相同振动频率相同有恒定位相差有恒定位相差光程差不太大光程差不太大光强差不太大光强差不太大“当当两两列列(或或几几列列)满满足足一一定定条条件件的的光光波波在在某某区区域域同同时时传传播播时时,空空间间某某些些点点的的光光振振动动 始始终终加加强强;某某些些点点的的光光振振动动 始始终终减减弱弱,在在空空间间形形成成一一幅幅稳稳定定的的光光强强分分布布图样图样”,称为,称为光的干涉现象。光的干涉现象。要产生干涉现象,两波必须满足相干条件。要产生干涉现象,两波必须满足相干条件。8光的干涉现象
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