大学物理经典ppt系列之相干光与杨氏双缝干涉_精品文档.ppt

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一一光是一种电磁波光是一种电磁波平面电磁波方程平面电磁波方程实验证明光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用等）实验证明光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用等）的只是的只是EE矢量，称它为矢量，称它为光矢量光矢量。

EE矢量的振动称为矢量的振动称为光振动。

光振动。

光波是光波是电磁波电磁波在空间的传播。

而电磁波用矢量在空间的传播。

而电磁波用矢量E和和H表示。

可见光的范围可见光的范围真空中的光速真空中的光速介质中的光速介质中的光速同一光波穿过不同介质时频率同一光波穿过不同介质时频率同一光波穿过不同介质时频率同一光波穿过不同介质时频率不变不变不变不变真空中的波长真空中的波长介质中的波长介质中的波长光程二二光程光程光程差光程差光程差：

光程差：

两束光线两束光线的光程之差的光程之差透镜无附加光程差理想透镜不引起附加光程差理想透镜不引起附加光程差AB光干涉的必要条件三三相干光相干光光干涉的必要条件光干涉的必要条件相干光P21三三相干光相干光普通光源发光普通光源发光特特点点：

原子发光是断续原子发光是断续的，每次发光形成一的，每次发光形成一长度有限的波列长度有限的波列,各各原子各次发光相互独原子各次发光相互独立，各波列互不相干立，各波列互不相干.1）普通光源的发光机制）普通光源的发光机制原子能级及发光跃迁原子能级及发光跃迁基态基态激激发发态态跃迁跃迁自发辐射自发辐射振动方向、频率相同，相位差恒定。

振动方向、频率相同，相位差恒定。

2）相干光的产生）相干光的产生波阵面分割法波阵面分割法*光源光源振幅分割法振幅分割法分别引起P点的振动y1A1coswwt+（jj11）y2A2coswwt+（jj222ppr1ll112ppr2ll22）合振动yy1+y2Acos（wwt+jj）故空间每一点的合成振幅A保持恒定。

P点给定，则恒定。

AA12A22A1A2cos2jj22jj112pp）r2ll222ppr1ll11（四四光的干涉光的干涉A2A1Ayy11AA11cos（cos（wwwwtt+jjjj1111）yy22AA22cos（cos（wwwwtt+jjjj2222）llll111122ppppx1llll222222ppppx2AA12A22A1A2cos2jj22jj112pp）r2ll222ppr1ll11（ll22ll11jj22jj11r22ppr1（2pp）相位差2ppjj22jj11ll（n2r2n1r1）光程差若jj22jj11即两分振动具有相同的初相位则取决于两波源到P点的光程差n2r2n1r1ll2pp相位差与光程差AA12A22A1A2cos2ll（2ppn2r2n1r1）2ppll（0,1,2,）当时则合成振动的振幅最大即波程差为零或为波长的整数倍时，各质点的振幅最大，干涉相长。

n2r2n1r1若jj22jj11即两分振动具有相同的初相位2ppll（0,1,2,）当时则合成振动的振幅最小即波程差为半波长的奇数倍时，各质点的振幅最小，干涉相消。

分波面与分振幅xk=+1k=-2k=+2k=0k=-1I一、杨氏双缝实验（单色光，缝宽波长）一、杨氏双缝实验（单色光，缝宽波长）S1S2S*dDrr21=dxDtgdqsindqxD（k称为称为明条纹的干涉级，明条纹的干涉级，k=0对应对应中央明纹中央明纹）xDSS12rr12dqp加强加强减弱减弱明纹明纹暗纹暗纹讨论讨论条纹间距条纹间距明暗明暗条纹的位置条纹的位置暗纹暗纹明纹明纹干涉条纹是等间距、等宽度且与缝平行的直条纹干涉条纹是等间距、等宽度且与缝平行的直条纹xkxk+1x=kDdDd+（）k1=ll=Ddl也是各级明暗纹的宽度也是各级明暗纹的宽度一定时，若一定时，若变化，则变化，则将怎样变化？

将怎样变化？

1）2）条纹间距条纹间距与与的关系如何？

的关系如何？

一定时，一定时，条纹间距条纹间距地测得照射光的波长。

地测得照射光的波长。

通过通过D及及d的测量的测量,可以间接可以间接第一次测波长第一次测波长第一次测波长第一次测波长光光强强分分布布图图白光白光照射时，出现照射时，出现彩色彩色条纹条纹在杨氏实验中，（在杨氏实验中，

（1）波长为）波长为632.8nm的激光射的激光射在间距为在间距为0.022cm的双缝上，求距缝的双缝上，求距缝180cm处屏处屏幕上所形成的干涉条纹的间距。

幕上所形成的干涉条纹的间距。

（2）若缝的）若缝的间距为间距为0.45cm，距缝，距缝120cm的屏幕上所形成的的屏幕上所形成的干涉条纹的间距为干涉条纹的间距为0.15mm，求光源的波长。

，求光源的波长。

解：

解：

例1在杨氏双缝干涉的实验中，入射光的波长为在杨氏双缝干涉的实验中，入射光的波长为，若在缝若在缝S2上放置一片厚度为上放置一片厚度为b、折射率为、折射率为n的透的透明薄膜，试问：

（明薄膜，试问：

（1）两束光的光程差；（）两束光的光程差；

（2）中央中央明纹如何移动？

明纹如何移动？

（3）如果观测到中央明）如果观测到中央明纹移到了原来的纹移到了原来的k级明纹级明纹处，求该薄膜的厚度处，求该薄膜的厚度b.解：

解：

（1）光程差光程差跟不加薄膜相比，光程差增跟不加薄膜相比，光程差增大了大了（n-1）b例2

（2）

（2）加薄膜后，中央明纹对应加薄膜后，中央明纹对应显然显然rr22-rr11=（1-=（1-nn）bb00，即即rr22rr11，中央明纹下移。

，中央明纹下移。

（3）（3）不加薄膜，不加薄膜，KK级明纹满足：

级明纹满足：

rr22-rr11=-kk放置薄膜后放置薄膜后rr22-rr11=-=-（n-1）b=n-1）b=-kk上式也可理解为，插入薄膜使屏上的杨氏干涉上式也可理解为，插入薄膜使屏上的杨氏干涉条纹移动了条纹移动了k=（n-1）b/k=（n-1）b/条。

这提供了一种测量透明条。

这提供了一种测量透明薄膜折射率的方法。

薄膜折射率的方法。

洛埃镜实验紧靠镜端处总是产生暗纹，说明在镜端处反射光与入射光的相位差为，相当于光程差，称为半波损失。

双面镜实验双棱镜实验分波面法小结续上