《光源的发光特》PPT课件.ppt

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1、1 1 1 1 光源的发光特性光源的发光特性光源的发光特性光源的发光特性2 2 2 2 双缝干涉双缝干涉双缝干涉双缝干涉 3 3 3 3 光程和光程差光程和光程差光程和光程差光程和光程差4 4 4 4 劈尖的干涉劈尖的干涉劈尖的干涉劈尖的干涉 牛顿环牛顿环牛顿环牛顿环5 5 5 5 薄膜的干涉薄膜的干涉薄膜的干涉薄膜的干涉6 6 6 6 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪（Interference of lightInterference of light）01 1 光源的发光特性光源的发光特性一一.光源光源（lightsource）光源的最基本发光单元是分子、原子光源的

2、最基本发光单元是分子、原子 =(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=c光源光源冷光源冷光源：利用化学能、电能、光能发光。：利用化学能、电能、光能发光。热光源：热光源：利用热能发光；利用热能发光；上页上页下页下页退出退出返回返回11.1.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)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)独立指：独立指：前后发光间隔前后发光间隔频率（对非单色

3、光源）频率（对非单色光源）相位关系相位关系振动方向振动方向传播方向传播方向上页上页下页下页退出退出返回返回2当当复复色色光光通通过过三三棱棱镜镜时时，由由于于不不同同频频率率的的光光在在玻玻璃璃中中的的传传播播速速度度各各不不相相同同，折折射射率率也也不不同同，因因此此复复色色光光中中不不同同频频率率的的光光将将按按不不同同的的折折射射角角分开，形成分开，形成光谱光谱。这种现象称为。这种现象称为色散色散。单色光的获得：单色光的获得：复色光狭缝分析复色光狭缝分析复色光滤光复色光滤光钠光光源钠光光源二二.光的单色性光的单色性 具有单一频率的光称为具有单一频率的光称为单色光单色光。由各种不同频率复合

4、的光称为由各种不同频率复合的光称为复色光复色光。上页上页下页下页退出退出返回返回3三三.光的相干性光的相干性 1.1.两列光波的叠加两列光波的叠加p12r1r2(1)频率相同频率相同(2)有恒定的相位差有恒定的相位差(3)振动方向相同振动方向相同相干条件相干条件(1)加强条件加强条件p点两振动点两振动同相时加强同相时加强-相长干涉相长干涉 =2m(m=0，1，2，)(2)减弱条件减弱条件p点两振动点两振动反相时减弱反相时减弱-相消干涉相消干涉 =(2m+1)(m=0，1，2，)上页上页下页下页退出退出返回返回42.2.普通光源获得相干光的途径普通光源获得相干光的途径pS*分波面法分波面法分振幅

5、法分振幅法p薄膜薄膜S S*上页上页下页下页退出退出返回返回杨氏双缝实验杨氏双缝实验菲涅耳双镜实验菲涅耳双镜实验洛埃镜实验洛埃镜实验薄膜的干涉薄膜的干涉劈尖的干涉劈尖的干涉牛顿环牛顿环52 2 双缝干涉双缝干涉 一一.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉pr1 r2xx0 xI xxDdo上页上页下页下页退出退出返回返回紫紫黄黄红红白白d，D d (d 10-4m,D m)6上页上页下页下页退出退出返回返回Pr1 r2xxDdo波程差：波程差：1.1.波程差波程差7相位差：相位差：2.2.明纹明纹3.3.暗纹暗纹 波程差：波程差：4.4.条纹间距条纹间距上页上页下页下页退出退出返回返回8(1)(1)一系列

6、平行的明暗相间的条纹；一系列平行的明暗相间的条纹；(3)(3)中间级次低；中间级次低；明纹明纹:k，k=0,1,2,3(整数级整数级)暗纹暗纹:(2k+1)/2,k=0,1,2,3(整数级整数级)(4)(4)5.5.条纹特点条纹特点：(2)(2)x不太大时条纹等间距；不太大时条纹等间距；某条纹级次某条纹级次=该条纹相应的该条纹相应的 (r2-r1)/上页上页下页下页退出退出返回返回9例例1：在杨氏双缝干涉实验中，设两缝间距离在杨氏双缝干涉实验中，设两缝间距离d=0.02cm,屏与缝之间距离屏与缝之间距离D=100cm，试求：，试求：（1）以波长为）以波长为589010-10 m的单色光照射，第

7、的单色光照射，第10级明条级明条纹离开中央明条纹的距离；纹离开中央明条纹的距离；（2）第）第10级干涉明条纹的宽度；级干涉明条纹的宽度；（3）以白色光照射时，屏幕上出现彩色干涉条纹，求）以白色光照射时，屏幕上出现彩色干涉条纹，求第第2级光谱的宽度。级光谱的宽度。上页上页下页下页退出退出返回返回Pr1 r2xxDdo10解：如图，两相干光的光程差：解：如图，两相干光的光程差：则任一级明条纹离开中央明纹的距离则任一级明条纹离开中央明纹的距离（1）明条纹的光程差满足：）明条纹的光程差满足：取取k=10，Pr1 r2xxDdo上页上页下页下页退出退出返回返回11（2）第第10级级明明条条纹纹的的宽宽度

8、度，则则为为第第9级级和和第第10级级暗暗条条纹纹之间的距离，由暗条纹公式可知：之间的距离，由暗条纹公式可知：任一级暗条纹离开中央明条纹的距离：任一级暗条纹离开中央明条纹的距离：上页上页下页下页退出退出返回返回12（3）因为白色光是由许多波长不同的单色光组成的复）因为白色光是由许多波长不同的单色光组成的复色光，各单色光干涉条纹离开中央明条纹的距离各不相色光，各单色光干涉条纹离开中央明条纹的距离各不相同，同，x与波长成正比，则与波长成正比，则所以在同一级干涉光谱中，紫色光比红色光靠近中央所以在同一级干涉光谱中，紫色光比红色光靠近中央明条纹，离开中央明条纹的排列次序为紫、蓝、青、明条纹，离开中央明

9、条纹的排列次序为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红。第绿、黄、橙、红。第2级谱线宽度取级谱线宽度取k=2，有：，有：，上页上页下页下页退出退出返回返回第第2级谱线宽度级谱线宽度137.7.洛埃镜实验洛埃镜实验6.6.菲涅耳双镜实验菲涅耳双镜实验上页上页下页下页退出退出返回返回143 3 光程和光程差光程和光程差一一.光程、光程差光程、光程差dababndn n媒质媒质 n n媒质中波长媒质中波长光程光程:L=nd 真空中波长真空中波长上页上页下页下页退出退出返回返回媒质中媒质中真空中真空中15n1n2nmd1d2dm 光程差光程差 ：=L L2 2-L-L1 1例例2 2：求求P P点点处处两两列列光

10、光波的相位差。波的相位差。S1S2r1r2dnp解解:相位差和光程差的关系：相位差和光程差的关系：光程光程 L=(ni di)上页上页下页下页退出退出返回返回16Pr1 r2xxDdo上页上页下页下页退出退出返回返回例例3：例：例1中，中，(1)若把此双缝实若把此双缝实验装置验装置放到水中放到水中进行，则屏幕上进行，则屏幕上干涉条纹如何变化？干涉条纹如何变化？解：在水中时光程差为：解：在水中时光程差为：所以明条纹位置和宽度分别为：所以明条纹位置和宽度分别为：，所以，所以x，变小，干涉条纹将变密。变小，干涉条纹将变密。17解解:设设空空气气折折射射率率为为n1,由由r1，r2发发出的光到达出的光

11、到达P点时光程差为：点时光程差为：光程差的改变量：光程差的改变量：每移动一个条纹，光程差改变一个波长，有：每移动一个条纹，光程差改变一个波长，有：Pr1 r2xxDdo未放云母片：未放云母片：放入云母片：放入云母片：上页上页下页下页退出退出返回返回(2)在在r1光光路路中中放放上上厚厚为为l=0.2cm，折折射射率率为为n的的很很薄薄的的透透明明云云母母片片，观观察察到到屏屏幕幕上上条条纹纹移移过过20条条，则则云云母母片片折射率为多少？折射率为多少？(空气折射率空气折射率)18二二.使用透镜不会产生附加光程差使用透镜不会产生附加光程差S acbS 物点到象点各光线之间的光程差为零物点到象点各

12、光线之间的光程差为零上页上页下页下页退出退出返回返回194 4 劈尖的干涉劈尖的干涉 牛顿环牛顿环一一.劈尖（劈形膜）劈尖（劈形膜）夹角很小的两个平面所构成的薄膜夹角很小的两个平面所构成的薄膜 e n n nA反射光反射光2反射光反射光1单色平行光单色平行光(设设nn)S12上页上页下页下页退出退出返回返回20 e n n nA反射光反射光2反射光反射光1入入射射光光(单单色色平平行光垂直入射行光垂直入射)(设设nn)A:1A:1、2 2的光程差的光程差光程差可光程差可简化为简化为图示情况计算。图示情况计算。实际应用中实际应用中,大都是平行光大都是平行光垂直入射垂直入射到劈尖上。到劈尖上。考考

13、虑虑到到劈劈尖尖夹夹角角极极小小,反反射射光光1、2在在膜膜面面的的上页上页下页下页退出退出返回返回 光光从从光光疏疏媒媒质质射射到到光光密密媒媒质质界界面面反反射射时时，反反射射光光有有量量值值为为 的的相相位位突突变变，即即在在反反射射过过程程中中损失了损失了半个波长半个波长。这种现象称。这种现象称半波损失半波损失。21 L eekek+1明纹明纹暗纹暗纹条纹间距条纹间距上页上页下页下页退出退出返回返回明纹：明纹：暗纹：暗纹：同一厚度同一厚度e e对应同一级条纹对应同一级条纹 等厚条纹等厚条纹光程差光程差22 L eekek+1明纹明纹暗纹暗纹两式相减两式相减上页上页下页下页退出退出返回返

14、回求：求：23二二.牛顿环牛顿环 .S分束镜分束镜M显微镜显微镜o erR平晶平晶平凸透镜平凸透镜 暗环暗环o 牛顿环牛顿环装置简图装置简图平凸透镜平凸透镜平晶平晶光程差：光程差：(1)(1)(k=1,2,)(2)明环：明环：(k=0,1,2,)暗环：暗环：上页上页下页下页退出退出返回返回24第第k k个明个明环半径环半径 第第k k个个暗环半径暗环半径(k=1,2,)(k=0,1,2,)明环：明环：暗环：暗环：上页上页下页下页退出退出返回返回 erR平晶平晶平凸透镜平凸透镜 暗环暗环o25三三.等厚条纹的应用等厚条纹的应用1.1.劈尖的应用劈尖的应用 测波长：测波长：已知已知、n，测，测L

15、L可得可得 测折射率：测折射率：已知已知、，测测L L可得可得n 测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化h h待待测测块块规规标标准准块块规规平晶平晶 测表面不平度测表面不平度等厚条纹等厚条纹待测工件待测工件平晶平晶上页上页下页下页退出退出返回返回262.2.牛顿环的应用牛顿环的应用测透镜球面的半径测透镜球面的半径R R：已知已知 ,测测 m、rk+m、rk，可可得得R 。测波长测波长：已知已知R R，测出测出m、rk+m、rk，可可得得。检验透镜球表面质量检验透镜球表面质量标准验规标准验规待测透镜待测透镜暗纹暗纹 上页上页下页下页退出退出返回返回 暗环半径暗环半径(明明环亦有此

16、式）环亦有此式）275 5 薄膜的干涉薄膜的干涉 en n n n i rA21一、光束一、光束1 1、2 2的光程差：的光程差：BS DC上页上页下页下页退出退出返回返回得得28二、明纹二、明纹三、暗纹三、暗纹上页上页下页下页退出退出返回返回倾角倾角i 相同的光线对应同一条干涉条纹相同的光线对应同一条干涉条纹 等倾条纹。等倾条纹。29L fPor环环 en n n n iSiii 上页上页下页下页退出退出返回返回 四、等倾条纹四、等倾条纹1 1 形状形状:一系列同心圆环一系列同心圆环3 3 条纹级次分布条纹级次分布:e e一定一定，5 5 波长对条纹的影响波长对条纹的影响:4 4 膜厚变化时

17、膜厚变化时,条纹的移动：条纹的移动：2 2 条纹间隔分布条纹间隔分布:内疏外密内疏外密30例例4：用用入入射射光光=500nm的的光光照照射射在在厚厚度度均均匀匀的的透透明明塑塑料料薄薄膜膜上上，若若在在反反射射角角为为60的的位位置置上上看看到到明明条条纹纹，此此明条纹为第明条纹为第10级明纹。已知薄膜的折射率级明纹。已知薄膜的折射率n=1.33。（1）试试问问这这是是等等厚厚干干涉涉还还是是等等倾倾干干涉涉，有有哪哪两两条条光光线线产生干涉？产生干涉？（2）求此薄膜的厚度）求此薄膜的厚度e。（3）此厚度能看到的最高级次？）此厚度能看到的最高级次？解解：（1）因因为为厚厚度度均均匀匀，而而对

18、对应应不不同同入入射射角角i，得得到到不不同同干干涉涉条条纹纹，同同一一倾倾角角有有同同一一条条干干涉涉条条纹纹，所所以以是是等等倾倾干干涉涉。当当光光线线照照射射到到薄薄膜膜上上时时，在在膜膜的的上上表表面面有有反反射射光光线线，在在膜膜的的下下表表面面有有反反射射光光线线，此此两两条条光光线线为为相相干干光光而而产产生生干干涉涉，形形成成等等倾倾干干涉涉条条纹纹，即即为为明明暗暗相间的同心圆相间的同心圆。上页上页下页下页退出退出返回返回31因因为为其其中中光光线线在在反反射射时时有有半半波波损损失失，而而光光线线无无半半波波损损失失，所所以以有有附附加加光光程程差差；n2为为膜膜的的折折射

19、射率率，n1为为空气的折射率（取为空气的折射率（取为1）。）。（2）此两束光线的光程差：）此两束光线的光程差：对明条纹：对明条纹：当当i=60时，看到第时，看到第10级明条纹取级明条纹取k=10，上页上页下页下页退出退出返回返回32（3）看到明条纹的最高级次）看到明条纹的最高级次由由上上式式可可知知在在等等倾倾干干涉涉中中i减减少少k增增大大，当当i=0时时，k为最大值为最大值。即能看到最高级次为第即能看到最高级次为第13级明纹。级明纹。上页上页下页下页退出退出返回返回33例例5：在某些光学玻璃上，镀上一层薄膜后可以增强反：在某些光学玻璃上，镀上一层薄膜后可以增强反射，称为增反膜。在折射率为射

20、，称为增反膜。在折射率为1.50的玻璃上，镀上一层的玻璃上，镀上一层折射率为折射率为2.50的透明介质膜。在镀膜的过程中用波长的透明介质膜。在镀膜的过程中用波长=600nm的单色光，从上方垂直照射到介质膜上。当介的单色光，从上方垂直照射到介质膜上。当介质膜的厚度逐渐增加时，透射光的强度发生时强时弱的质膜的厚度逐渐增加时，透射光的强度发生时强时弱的变化。试问，当观察到透射光强度变化。试问，当观察到透射光强度第三次出现最弱第三次出现最弱时，时，介质膜已镀了多厚？介质膜已镀了多厚？解：解：在薄膜上、下表面的在薄膜上、下表面的两束反射光束两束反射光束、所示的光程差：所示的光程差：上页上页下页下页退出退

21、出返回返回34因因为为透透射射光光第第三三次次出出现现最最弱弱，相相应应于于反反射射光光第第三三次次出出现最强，所以干涉级现最强，所以干涉级k取取3，这时膜的厚度：，这时膜的厚度：透射光减弱相当于反射光加强，所以有：透射光减弱相当于反射光加强，所以有：（k=1,2,3,）上页上页下页下页退出退出返回返回356 6 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪一一.仪器结构、光路仪器结构、光路二二.工作原理工作原理光束光束22和和11发生干涉发生干涉 若若M M 1 1、M M2 2平行平行 等倾条纹等倾条纹 若若M M 1 1、M M2 2有小夹角有小夹角 等厚条纹等厚条纹十字叉丝十字叉丝等厚条纹等厚条纹若若

22、M M1 1平平移移 d d 时时，干干涉涉条条移移过过N N条条，则有则有：三三.应用：应用：微小位移测量微小位移测量测折射率测折射率M 122 11 S半透半反膜半透半反膜M2M1G1G2E上页上页下页下页退出退出返回返回测波长测波长36上页上页下页下页退出退出返回返回 若若M M 1 1、M M2 2平平行行 等倾条纹等倾条纹37四四.相干长度与相干时间相干长度与相干时间1.1.相干长度相干长度 两列波能发生干涉的最大波程差两列波能发生干涉的最大波程差：中心波长中心波长SS1S2c1c2b1b2a1a2 pS1S2Sc1c2b1b2a1a2p注注:等代表波列等代表波列只只有有同同一一波波列列分分成成的的两两部部分分经经不不同同的的光光程程再再相遇时才能发生干涉。相遇时才能发生干涉。波波列列长长度度就就是是相干长度相干长度上页上页下页下页退出退出返回返回38普通单色光相干长度只有普通单色光相干长度只有激光相干长度可达激光相干长度可达光通过相干长度所需时间光通过相干长度所需时间2.2.相干时间相干时间上页上页下页下页退出退出返回返回39