第二节初等函数.ppt
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1、第二篇光学,第十四章光的干涉,物理光学,篇 序,光学,几何光学,量子光学,利用波动理论,研究光的典型波动行为波的干涉、波的衍射、波的偏振等,波动光学,第十二章光的干涉,光波的叠加原理干涉的明、暗条纹出现的位置条件,光强计算公式光程差将相位差条件转化为光程差条件几种典型仪器的干涉原理杨氏双缝干涉、薄膜干涉、劈尖干涉、牛顿环干涉、迈克尔逊干涉,内容结构,11-1光源光波的叠加,一有关光波、光源的基本概念,光波:由变化的电场、磁场相互激发,由近及远传播形成的波光波依靠自身传播,不需要传播媒质在真空中的传播速率为c。光波是横波光波的颜色:不同频率的光波能引起人视觉的不同颜色光的频谱:按光的波长(或频率
2、)顺序排列而成的频谱图可见光波长范围40007000 光矢量:电磁波中引起化学与视觉效应的电场强度E矢量,光振动:电场强度E矢量的周期变化称为光振动 光的强度:光的强度正比于光振动的振幅平方 光源:能够发射光波的物体,称为光源,二光源发光的物理机制,1.原子存在状态,分离定态能级基态与激发态,2.原子的发光机制,原子中电子从激发态向基态跃,并以光波形式释放能量的过程,3.原子发光的普遍规律,具有确定频率和振动方向的分离谱。不同谱线可以构成一个谱线系不同谱线系可以有共同的光谱项任意谱线都可以写为两光谱项之差。普通光源光谱的频率、相位、偏振方向是随机的,三光波的叠加,例:利用波的叠加原理讨论两束同
3、频率、同振动方向的光波叠加情况,由光的波动理论,在空间相遇点P的振动分别为,由叠加原理,两列波在公共区域内的合成振动为,其中,定义光的强度,讨论:A.非相干叠加,结论:非相干叠加时,光波的光强为各分裂光束在叠加点光强之和。且在叠加点不产生光强的强弱变化,B.相干叠加,如果在宏观长时间内光波的相差能保持恒定,则,结论:如果在宏观长时间内光波的相差能保持恒定,则在叠加区域光的强度会随空间位置不同形成稳定的强、弱相间分布(即明、暗分布) 光的干涉:多束频率相同、相差恒定、具有相同的偏振方向(或有相同方向的偏振分量)的光波在其叠加区域形成光强的稳定强弱相间分布现象,称为光的干涉。 相干光条件:频率相同
4、、相差恒定、具有相同的偏振方向(或有相同方向的偏振分量),11-2光程和光程差,一光程和光程差的基本概念,1.折射率,设光线从真空入射介质,折射率定义为,设光线从介质1入射介质2,折射率的定义为,式中,称为相对折射率。即介质2相对于介质1的折射率,一般意义下介质的折射率都是指介质相对于真空的折射率,2.光程和光程差,例:设光在真空中的波长为,求光在真空中传递m个波长的几何空间距离和光在折射率为n的介质中传播m个波长几何空间距离分别为多少?,解:因,光在真空中传递m个波长的几何距离,光在折射率为n的介质中传播m个波长几何空间距离,即,定义:光在介质中的几何空间距离与该介质的折射率的乘积称为光在介
5、质中传播的光程。,例:如图,同光源发出的光线分别在折射率为n1、n2的两种介质中传播相同几何空间距离。求:两条光线的光程差和终点处的相位差,解:光程差为,相位差由真空中计算公式,由图知,可得在介质中有,即,式中,讨论:A.相长干涉条件,B.相消干涉条件,干涉条件由相位差条件转换为直观的光程差条件了,二常见仪器的等光程性,结论:薄透镜对近轴光线不产生附加光程差,11-3双缝干涉实验空间相干性,一获得相干光源的方法,将同一光源发出的光波分成两部分:分波阵面法和分振幅法,二杨氏双缝干涉实验分波阵面方法,1.实验装置,2.实验原理,A.获得相干光源的方法分波阵面法B.波的叠加原理,3.实验现象,O点两
6、侧形成稳定的明暗相间、距离相等的条纹用不同波长的单色光作实验,明暗条纹的间距不同。波长愈长,条纹间距愈大用白光作实验时, O点处的条纹为白 色,两侧形成由紫 到红的彩色条纹,4.理论解释:屏幕上出现明暗条纹的位置,由实验装置图,可得相位差为,A.出现明条文的条件,暗条纹的条件为,B.明、暗条纹的间距,明暗条纹的间距与m无关,间距是相等,C.光的强度分布,由,例:已知白光的波长范围是40007000,用白光做杨氏干涉实验,实验的双缝间距为0.5mm,屏幕距缝5m求:与屏幕中心x=21mm处形成亮纹的可见光波波长。,解:由于不同波长在屏幕上形成的明暗条纹间距不同,因此,屏幕上同一点的亮条纹可能是不
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