《分波面双光束干涉》PPT课件.ppt

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1、分波阵面方法分波阵面方法分振幅的方法分振幅的方法获得相干光的途径（方法）获得相干光的途径（方法）pS*分波面法分波面法分振幅法分振幅法p薄膜薄膜S S*从同一波阵面上的不同部分产生次级波相干从同一波阵面上的不同部分产生次级波相干 利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅较小的两束相干光较小的两束相干光11.3.1 光源和机械波源的区别光源和机械波源的区别光源光源-能发射光波的物体能发射光波的物体 1.光源发光机制：光源发光机制：光源的最基本发光单元是分子、原子，光源的最基本发光单元是分子、原子，光源光源发光本质是原子振动辐射电磁波。发光本质是原子振动辐射电磁

2、波。=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射波列波列波列长波列长L=c1.3 1.3 分波面双光束干涉分波面双光束干涉2从发光机制上，可以将光源分为两大类从发光机制上，可以将光源分为两大类:普通光源：以自发辐射为主导地位普通光源：以自发辐射为主导地位 激光器：以受激辐射为主导地位激光器：以受激辐射为主导地位3（1 1）普通光源：普通光源：自发辐射自发辐射独立独立(不同原子发的光不同原子发的光)独立独立(同一原子先后发的光同一原子先后发的光)发光的随机性发光的随机性 发光的间隙性，发光的间隙性，每次每次 发光时间约发光时间约10108 8秒秒热热光光源源即：普通光源中各发光原子是不相

3、关原子，各自独立即：普通光源中各发光原子是不相关原子，各自独立的，原子发光在时间上是间断性的，随机的，每次发的，原子发光在时间上是间断性的，随机的，每次发光时间约光时间约108秒，在同一时刻，各个原子发射的光秒，在同一时刻，各个原子发射的光波，其初位相和矢量的振动方向各不相同。波，其初位相和矢量的振动方向各不相同。结论：普通光源各个发光原子，发射的既不是同位相的光波，结论：普通光源各个发光原子，发射的既不是同位相的光波，也不是具有恒定位相差的光波，振动方向各不相同，是自然也不是具有恒定位相差的光波，振动方向各不相同，是自然光，这样的发光机制称自发辐射。光，这样的发光机制称自发辐射。4所以，普通

4、光源的光波特点：所以，普通光源的光波特点：11原子振动时随机的发出原子振动时随机的发出“有限长的波列有限长的波列”22各波列之间没有恒定的位相关系，即：每个波列的初位相各波列之间没有恒定的位相关系，即：每个波列的初位相各不相同。各不相同。33自然光自然光:E:E矢量振动方向包含与传播方向垂直的一切可能的矢量振动方向包含与传播方向垂直的一切可能的振动方向。振动方向。两个独立的光源不可能成为一对相干光源两个独立的光源不可能成为一对相干光源原因：原子发光是随机的，间歇性的，两列光波的振原因：原子发光是随机的，间歇性的，两列光波的振 动方向不可能一致，位相差不可能恒定。动方向不可能一致，位相差不可能恒

5、定。钠钠光光灯灯A钠钠光光灯灯B两束光两束光不相干！不相干！5(2)(2)激光光源：激光光源：受激辐射受激辐射 =(E2-E1)/hE1E2 完完全全一一样样(频频率率,位位相相,振振动动方方向向,传播方向传播方向)相干光源相干光源激光器中各发光原子彼此是相关原子，能步调一致地激光器中各发光原子彼此是相关原子，能步调一致地振动而发光，虽然原子每次发光是间歇式的，但每次振动而发光，虽然原子每次发光是间歇式的，但每次持续发光时间比较长持续发光时间比较长(10-4 秒秒)结论：激光器发射的是同位相的（各波列有恒定的位结论：激光器发射的是同位相的（各波列有恒定的位相关系）光波，波列长度较长。相关系）光

6、波，波列长度较长。6综综可知可知：在两个通常独立的光源中，或在两个通常独立的光源中，或甚至在同一发光体的不同部分，它们是不相甚至在同一发光体的不同部分，它们是不相干的。干的。2.2.机械波源：其振动在观察时间内通常是持续机械波源：其振动在观察时间内通常是持续进行，不能中断，因而它们之间的位相关系进行，不能中断，因而它们之间的位相关系能够保持不变，所以独立的机械振源一般是能够保持不变，所以独立的机械振源一般是相干的。相干的。71.3.2 1.3.2 从普通光源获得相干光束的巧妙构思从普通光源获得相干光束的巧妙构思-典型典型的干涉实验的干涉实验(一一)巧妙构思（分波阵面法）巧妙构思（分波阵面法）限

7、制普通光源的发光面，使之成为点光源或缝光源，限制普通光源的发光面，使之成为点光源或缝光源，那么其临近的发光原子是相关原子，就能发射同那么其临近的发光原子是相关原子，就能发射同初位相的光波，然后通过一定装置初位相的光波，然后通过一定装置,从同一点缝光从同一点缝光源发出的同一波列的波阵面上分离出的两列光波源发出的同一波列的波阵面上分离出的两列光波相遇后，必能产生干涉，这就是从普通单色光源相遇后，必能产生干涉，这就是从普通单色光源获得相干光束的巧妙构思获得相干光束的巧妙构思称为波阵面分割法称为波阵面分割法获得相干光。从普通光源获得相干光的物理思想获得相干光。从普通光源获得相干光的物理思想-称为分波阵

8、面法。称为分波阵面法。8dyr00P(二二)、几种典型的分波面干涉实验、几种典型的分波面干涉实验1 1、杨氏实验、杨氏实验 杨氏实验是分波面干涉最著名的例子，分析杨氏实验是分波面干涉最著名的例子，分析杨氏实验，可了解分波面干涉的一些共同特点。杨氏实验，可了解分波面干涉的一些共同特点。实验装置实验装置单色光入射单色光入射r1 r2 yd ，r0 d （d 10-4m，r0 m）9杨氏实验装置如图杨氏实验装置如图101112光程差：光程差：相位差：相位差：明暗条纹满足的条件明暗条纹满足的条件明纹明纹 暗纹暗纹 程差条件程差条件代入代入位置条件位置条件明纹明纹暗纹暗纹13 条条纹纹间间距距:r1 r

9、2 ydyr00Py0yI y141516 一系列平行的明暗相间的条纹；一系列平行的明暗相间的条纹；中间级次低，两边级次高；中间级次低，两边级次高；条纹特点条纹特点：不太大时条纹等间距；不太大时条纹等间距；白白光光入入射射时时，0 0级级明明纹纹中中心心为为白白色色（可可用用来来定定0 0级级位位置置），其其余余级级明明纹纹构构成成彩彩带带，第第2 2级开始出现重叠（为什么？）级开始出现重叠（为什么？）17白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片18y0y1y2 光强分布光强分布若若 I1=I2=I0 ，则则光强曲线光强曲线k012-1-2I02-24-44I0sin0/d-/d-

10、2/d2/d设狭缝设狭缝：振幅为振幅为 ，光强为光强为：振幅为振幅为 ，光强为光强为 迭加后迭加后19双缝干涉条纹的静态分布：双缝干涉条纹的静态分布：(a)(a)形状：明暗相间直条纹，光强相等。形状：明暗相间直条纹，光强相等。(b)(b)屏中央为屏中央为0 0级明纹。级明纹。(c)(c)条纹间距条纹间距双缝双缝20动态变化规律动态变化规律影响条纹移动的因素主要有三个：影响条纹移动的因素主要有三个：光源变动；光源变动；干涉装置变动；干涉装置变动；光程中介质的变化光程中介质的变化干涉条纹的移动规律同光程差的如何改变是息息相干涉条纹的移动规律同光程差的如何改变是息息相关的，那如何分析条纹移动规律呢？

11、关的，那如何分析条纹移动规律呢？有两种方法：有两种方法：a a、注视干涉场某一点、注视干涉场某一点P P，观察有多少个条纹移过该，观察有多少个条纹移过该点，因为每当光程差点，因为每当光程差(p)(p)增减一个波长增减一个波长，就有，就有一根干涉条纹移过一根干涉条纹移过P P点，所以条纹移过该点的条纹点，所以条纹移过该点的条纹个数个数N N与该点光程的改变量之间的关系为与该点光程的改变量之间的关系为 。21b b、跟踪干涉场某一级条纹的移动方向，看它移、跟踪干涉场某一级条纹的移动方向，看它移动了多少距离。动了多少距离。结论：不论什么原因，当干涉场结论：不论什么原因，当干涉场P P点的光程差增大时

12、，点的光程差增大时，P P点对应的干涉级次点对应的干涉级次j j都要增大，干涉条纹向原干涉都要增大，干涉条纹向原干涉级次级次j j低的方向移动；反之，当低的方向移动；反之，当P P点光程差变小时，点光程差变小时，P P点对应的干涉级点对应的干涉级j j要降低，干涉条纹将向原干涉级次要降低，干涉条纹将向原干涉级次j j高的方向移动。高的方向移动。22 未贴薄片：未贴薄片：为零光程差处为零光程差处 贴薄片：贴薄片：为零光程差处为零光程差处 零光程差处移动零光程差处移动两列光通过狭缝前已有光程差两列光通过狭缝前已有光程差两列光通过狭缝后到两列光通过狭缝后到 点的光程差点的光程差 为为零光程差零光程差

13、处处问题问题 若薄片贴在若薄片贴在 处，条纹如何移动？处，条纹如何移动？例题例题-p25页页23 讨论讨论 干涉问题分析的要点干涉问题分析的要点:1 1、搞清发生干涉的光束、搞清发生干涉的光束；2 2、计算光程差；、计算光程差；4 4、求出光强公式、画出光强曲线。求出光强公式、画出光强曲线。3 3、搞清条纹特点：搞清条纹特点：形状、形状、位置、位置、级次分布、级次分布、条纹移动等条纹移动等；作业：作业：1-1、1-2242 2、菲涅耳双面镜、菲涅耳双面镜 实验装置实验装置虚光源虚光源 和和 发出的光为相干光，在相遇区域发出的光为相干光，在相遇区域（阴影部分阴影部分）发生）发生干涉。干涉。25

14、明暗条纹满足的条件明暗条纹满足的条件由几何关系知由几何关系知，、在以在以 为圆心，半径为为圆心，半径为 的圆上的圆上(圆周角圆周角)(圆心角圆心角)26明纹明纹暗纹暗纹位置条件位置条件参照杨氏干涉的位置条件，得参照杨氏干涉的位置条件，得条纹间距条纹间距 明暗明暗条纹满足的条件条纹满足的条件激光作光源，激光作光源，发平行光发平行光27条纹形状、间距、级次和杨氏干涉条纹一样。条纹形状、间距、级次和杨氏干涉条纹一样。条纹分布区域在光线相遇的阴影区内。条纹分布区域在光线相遇的阴影区内。条纹特点条纹特点：例：氦氖激光发橘红光例：氦氖激光发橘红光283 3、洛埃镜、洛埃镜 实验装置实验装置最小最小最小最小

15、最大最大29 条纹特点条纹特点 在光线相遇的阴影区内在光线相遇的阴影区内，干涉花样为与狭缝光源平，干涉花样为与狭缝光源平行、等间距、明暗相间条纹。行、等间距、明暗相间条纹。把屏幕把屏幕 移到和镜面相接触的位置移到和镜面相接触的位置 ，和和 到接到接触点触点 的路程相等，似乎接触点应出现亮纹，实验事实的路程相等，似乎接触点应出现亮纹，实验事实是是接触点是暗纹。接触点是暗纹。实验表明实验表明直接射到屏上的光直接射到屏上的光镜面反射到屏上的光镜面反射到屏上的光位相相反位相相反 直接射到屏上的光位相不变直接射到屏上的光位相不变 反射光的位相改变了反射光的位相改变了 半波损失半波损失 光从光疏介质射向（

16、光从光疏介质射向（掠射：掠射：入射角接近入射角接近 ）光密介）光密介质时，质时，反射光的位相较之入射光的位相跃变了反射光的位相较之入射光的位相跃变了 。光从光从光密介质射向光疏介质时光密介质射向光疏介质时,反射光不产生半波损失。反射光不产生半波损失。30在相干光迭加的区域内：在相干光迭加的区域内：取整数，取值范围由光线的迭加区域决定取整数，取值范围由光线的迭加区域决定 。明暗明暗条纹满足的条件条纹满足的条件位位置置条条件件明暗条纹位置互换明暗条纹位置互换条纹分布区域在光线相遇的阴影区内条纹分布区域在光线相遇的阴影区内与杨氏实验比较与杨氏实验比较暗纹暗纹明纹明纹31在相干光迭加的区域内：在相干光

17、迭加的区域内：取整数，取值范围由光线的迭加区域决定取整数，取值范围由光线的迭加区域决定 。明暗明暗条纹满足的条件条纹满足的条件位位置置条条件件明暗条纹位置互换明暗条纹位置互换条纹分布区域在光线相遇的阴影区内条纹分布区域在光线相遇的阴影区内与杨氏实验比较与杨氏实验比较暗纹暗纹明纹明纹32334、维纳驻波实验复习 机械波驻波特性：入射波与反射波发生干涉。腹点：任何时间内振幅最大处。节点：任何时间内振幅最小处。相邻两节点（腹点）的距离为34 实验装置：高反射率度银平板，：涂感光乳胶的透明玻璃用波长为 的单色光垂直入射。原理：单色光垂直入射到 上，反射光与入射光发生 干涉，形成驻波。感光乳胶片 与 成 角度，目的在于测得不同级的驻波。问题 若平行放置感光乳胶片记录相等的强度，为什么？答案 同一高度上的入射波和反射波位相差相等，光强相等。35平行于 的平面表示驻波的腹点。已知 、，计算相邻暗条纹间距 ：腹点的平面与乳胶面 相交的地方显影后变黑，如条纹 和 ，节点地方不变黑。干涉花样为与 和 的交线平行的条纹。36波节注意 和 的交线处乳胶面 没有感光。讨论 和 的交线处为波节，入射光和反射光位 相相反，反射光有半波损失。光从光疏介质垂直射向光密介质时反射光产生半波损失。无论掠射或正射，光从光疏介质射向光密介质时，反射光产生半波损失，折射光不产生产生半波损失.37