第12篇波动光学1杨氏双缝干涉课件.ppt
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- 12 波动 光学 杨氏双缝 干涉 课件
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1、12-1-1 微粒说与波动说之争 牛顿的微粒说:牛顿的微粒说:光是由光源发出的微粒流。光是由光源发出的微粒流。惠更斯的波动说:惠更斯的波动说:光是一种波动。光是一种波动。12-1-2 光的电磁本性1801年,英国物理学家托马斯年,英国物理学家托马斯杨杨(T.Young,1773-1829)首先利用首先利用双缝实验观察到了光的干涉条纹,双缝实验观察到了光的干涉条纹,从实验上证实了光的波动性。从实验上证实了光的波动性。1865年,英国物理学家麦克斯韦从年,英国物理学家麦克斯韦从他的电磁场理论预言了电磁波的存他的电磁场理论预言了电磁波的存在,并认为光就是一种电磁波。在,并认为光就是一种电磁波。电磁波
2、谱电磁波谱 可见光的波长范围:400 nm 760 nm 肥皂泡或光碟表面上的肥皂泡或光碟表面上的彩色花纹,都是光的波彩色花纹,都是光的波动特性所引发的一种现动特性所引发的一种现象。象。波动光学:波动光学:以光的波动特性为基础,研究光的传播以光的波动特性为基础,研究光的传播及其规律的学科。及其规律的学科。12-2-1 普通光源的发光机制 光源:光源:发光的物体。发光的物体。处在基态电子处在基态电子处在激发态电子处在激发态电子原子模型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 =(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=c1.1.普通光源:普
3、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)(-波列持续的时间)波列持续的时间)普通光源发光的两个特点:普通光源发光的两个特点:随机性:随机性:每次发光是随机的,所发出各波列的振动每次发光是随机的,所发出各波列的振动方向和振动初相位都不相同。方向和振动初相位都不相同。间歇性:间歇性:各原子发光是断断续续的,平均发光时间各原子发光是断断续续的,平均发光时间 t 约为约为10-8秒,所发出的是一段长为秒,所发出的是一段长为 L=c t 的光波的光波列。列。tcL两个独立光源或 同一光源不同的部分发出的光不可能产生干涉干涉条件:干涉
4、条件:频率相同,振动方向相同,有恒定的位相差。频率相同,振动方向相同,有恒定的位相差。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法分振幅法p薄膜薄膜S S*相干光:相干光:能够满足干涉条件的光。能够满足干涉条件的光。相干光源:相干光源:能产生相干光的光源。能产生相干光的光源。2.2.激光光源激光光源:受激辐射受激辐射 =(E2-E1)/hE1E2 完全一样完全一样(频率频率,位相位相,振动方向振动方向,传播方向传播方向)激光光源是相干光源激光光源是相干光源12-2-2 杨氏双缝实验 设两列光波的波动方设两列光波的波动方程分别为:程分别为:)2cos()2co
5、s(222111rtAyrtAy干涉极小干涉极大时1222212121212krrkrr因为因为21干涉极小干涉极大2)12(1212krrkrr结论:结论:光干涉问题的关键在于计算光程差。光干涉问题的关键在于计算光程差。1.所经路程之差为波长的整数倍,则在P点两光振动同相位,振幅最大,干涉加强;从从 S1和和 S2发出两条光线在屏上某一点发出两条光线在屏上某一点 P 叠加叠加2.两列光波所经路程之差为半波长的奇数倍,则在P点两光振动反相位,振幅最小,干涉削弱。1S2Sd2rDPOx1r1S2Sdsindsin12drr两列光波的传播距离之差:两列光波的传播距离之差:kdsin,2,1,0k干
6、涉加强212sinkd,2,1k干涉减弱1S2Sd2rDPOx1r1S2Sdsind角很小,dD Dxtgsin光干涉条件:光干涉条件:加强,2,1,0kkDxd减弱,3,2,1212kkDxd干涉条纹在屏幕上的分布:干涉条纹在屏幕上的分布:,2,1,0kdDkx明纹:屏幕中央(屏幕中央(k=0)为中央明纹)为中央明纹),2,1(212kdDkx暗纹:其中其中 k 称为条纹的称为条纹的级数级数 0 1 2 3 4 5-5-4-3-2-1相邻两明纹或暗纹的间距:dDxxxkk1双缝干涉双缝干涉l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l 不太大时条纹等间距;不太大时条纹等间距;l中间
7、级次低;中间级次低;l条纹位置和波长有关,不同波长的同一级亮条条纹位置和波长有关,不同波长的同一级亮条纹位置不同。因此,如果用白光照射,则屏上纹位置不同。因此,如果用白光照射,则屏上中央出现白色条纹,而两侧则出现彩色条纹。中央出现白色条纹,而两侧则出现彩色条纹。l条纹间距与波长成正比,因此紫光的条纹间距条纹间距与波长成正比,因此紫光的条纹间距要小于红光的条纹间距。要小于红光的条纹间距。说明:说明:光强公式光强公式:cosIIIII212122cos420 II则则)2sin(d 光强曲线光强曲线I0 2-2 4-4 k012-1-24I0 x0 x1x2x-2x-1sin 0 /d-/d-2
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