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1、解释与实物作用过程(光的吸收与发射)中发生的现象解释传播过程(反射、折射、干涉、衍射和偏振)中发生的现象 本章主要介绍光的波动性,光的粒子性在近代物理中介绍赫兹实验证实了光是电磁波的预言19世纪60年代麦克斯韦电磁波理论光电效应、康普顿效应等不能用波动说解释20世纪初波动理论遭遇困难光具有波粒二象性表现为粒子表现为波动第1页/共51页第一部分 光的干涉第2页/共51页18-5 迈克耳孙干涉仪18-4 由分振幅法产生的光的干涉18-3 光程和光程差 薄透镜的一个性质18-2 由分波阵面法产生的光的干涉18-1 光源 光的相干性第3页/共51页1.理解获得相干光的方法。3.能分析、确定杨氏双缝干涉
2、条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置。4.理解迈克耳孙干涉仪的工作原理。2.掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系。第4页/共51页一.光源 发射光波的物体1.热辐射 加热维持物体的温度,辐射就能持续进行下去,称为热辐射。光波就是电磁波,任何物体都辐射电磁波。白炽灯太阳181 光源 光的相干性第5页/共51页 电致发光2.发光 需依靠一些激发过程获得能量维持辐射 光致发光 化学发光半导体发光二极管闪电荧光玩具荧光玩具节节能能灯灯萤火虫霓虹灯第6页/共51页3.同步辐射光源 在同步辐射加速器中速度接近光速作环形运动的电子迅速损失能量产生的辐射 特点:方向性好、亮度高,还具有连续性、优异的准直性和易脉冲化
3、等特性 应用:为晶体结构研究,生物大分子和生物蛋白的结构研究提供了高性能的光源北京的正负电子对撞机可提供同步辐射光第7页/共51页1.普通光源(非激光光源)的发光机理 原子发出的每一列光波是一段有限长的、振动方向一定、振幅不变或缓慢变化的正弦波。波列波列长L=c二.光的相干性每一波列持续时间约为 普通光源发出的光是由构成光源的大量原子或分子运动状态改变时发出的。波列长度的数量级为L=0.1 m 因波列持续时间过短,两波列的干涉现象无法觉察。第8页/共51页不同原子发的光同一原子先后发的光 同一原子先后发出的波列振动方向和频率不一定相同,相位间无固定关系。不同原子发出的波列振动方向和频率也不一定
4、相同,相位间无固定关系。两列波为相干波的条件:频率相同,振动方向相同,在相遇点有恒定的相位差。结论:两个独立光源发出的光波或同一光源两部分发出的光波在相遇区观察不到干涉现象。第9页/共51页2.相干光的获得方法 为实现光的干涉,可以从同一波列分离出两个波列再令其重叠发生干涉。为得到明显的干涉现象,还必须满足:在相遇点两列光波的光程(几何路程与介质折射率的乘积)不能相差太大 在相遇点两列光波的振幅不能相差太大光程差 r1n1-r2n2相干长度一波列长应尽量接近路程 r1路程 r2介质折射率 n2介质折射率 n1第10页/共51页通常产生相干光源的两种方法:分波阵面法 分振幅法 利用并排的孔或缝或
5、利用反射和折射将入射光的波阵面分成两部分。利用两种透明介质的分界面对入射光的反射和透射,将入射光的振幅分成两部分。第11页/共51页3.目前最好的相干光源激光光源 激光的波列长度比普通光源长得多,例如氦氖激光器产生的激光相干长度可达几千米,再加上良好的单色性和方向性等,能产生易于观察和测量的干涉现象。一个正在辐射激光的激光器激光产生的全息图像第12页/共51页一.杨氏双缝实验S1S2S接收屏上形成的干涉图样狭缝视为缝光源光源双缝接收屏 缝光源S 产生柱面波,双缝S1和S2与S 等距,位于同一波阵面上,相位相同,成为相干光源,发出的子波在相遇区发生干涉。18-2 由分波阵面法产生的光的干涉第13
6、页/共51页 因Dd,S1、S2 发出的光波到P 点的波程差为=d sin d tan OP=x,r1-r2 =S2B1.单色光入射时屏上明暗相间干涉条纹位置的计算垂直于缝长的平面内同相面Pr1r2xxDOS1S2MBd波程差计算狭缝缝光源第14页/共51页 若即初相相同的两相干波叠加后加强与减弱的条件为合振幅最大合振幅最小出现明条纹 若即出现暗条纹明条纹级次暗条纹级次第15页/共51页2.杨氏双缝干涉的特点 单色光干涉,相邻明条纹(或暗条纹)的间距为干涉条纹等距离分布 白光干涉,只有中央明条纹是白色,其它条纹发生重叠,形成彩色条纹明条纹间距明条纹间距中央明纹 干涉条纹间距与单色光波长成正比第
7、16页/共51页二.菲涅耳双镜实验 S1和 S2相当于两个相干光源相邻明条纹(或暗条纹)的间距为 屏上出现明暗条纹的条件与杨氏实验结果的类似光源接收屏M1中镜像M2中镜像镜面第17页/共51页 例题18-1 菲涅耳双镜=10-3rad,单色线光源 S 与两镜交线平行,r=0.5m,=500nm,L=2m。(1)求屏上两相邻明条纹的间距;(2)若=10-2rad,问条纹间距将怎样改变?解(1)cos1,sin=10-3(2)当=10-2rad时,有 变大时,条纹间距将变小,要获得较大的条纹间距,必须很小。第18页/共51页三.劳埃德镜实验 平面镜MM下表面涂黑,光仅从上表面反射 S 和 S相当于
8、两个相干光源实验结果表明:反射光的相位改变了 ,称为半波损失 干涉条纹与杨氏实验结果的类似光源MM中镜像小平面镜接收屏此处出现暗条纹第19页/共51页 光从光疏介质(折射率较小)向光密介质(折射率大)表面入射时,如果入射角接近 (掠入射)或为 (正入射),则反射光的相位改变 ,即出现半波损失。理论和实验证明:n2n1正入射n2 n1掠入射法线第20页/共51页 例题18-2 劳埃德镜实验中,线光源S1到镜面的垂距为1mm,D为1.5 m,MM=D/2,MO为D/4。(1)求干涉区域上下两边到屏中心距离OA和OB;(2)若=600 nm,求相邻明条纹间距,并问屏上能观察到几条明条纹?S1S2MM
9、 dABOCD 解 (1)由三角形相似,有OA=3mm,OB=0.333mm得第21页/共51页(2)与杨氏实验相比,得相邻明纹间距为由于有半波损失,光程差应为明纹位置 x 应满足第22页/共51页第一级明纹位置 x1=0.225mm d,故上式可略去高阶小量d 2,可得drRCO第45页/共51页明环暗环明环暗环或设薄膜折射率为n,则在有半波损失时的光程差第46页/共51页 特点:如果反射有半波损失,则中心处为暗斑,否则为明纹;条纹的级次是中间小,边缘高;条纹的间距是中间大,边缘小。第47页/共51页 入射光经半反膜后分成两束,G1、G2 是平行放置的平板玻璃,其中G2 是补偿板。M 1、M2 是两个全反镜,一般相互垂直。M 12211S半透半反膜M2M1G1G2E18-5 迈克尔孙干涉仪第48页/共51页 平移距离 d 与条纹移动数N 的关系满足 M1 和M2 严格平行时,M2 移动表现为等倾干涉的圆环形条纹,不断从中心冒出或向中心收缩 M1和M2不严格平行时,则表现为等厚干涉条纹,不断移过视场中某一标记位置。第49页/共51页第二部分 光的衍射点击按钮可进入第二部分第50页/共51页感谢您的观看!第51页/共51页
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