光源光的單色性和相干性雙縫干涉洛埃鏡

1、13.1 光是電磁波光是電磁波 一一. 電磁波電磁波uEH1 1. 電磁波的產(chǎn)生電磁波的產(chǎn)生 凡做變速運(yùn)動(dòng)的電荷都是電磁波的波源凡做變速運(yùn)動(dòng)的電荷都是電磁波的波源例如：天線中的振蕩電流例如：天線中的振蕩電流分子或原子中電荷的振動(dòng)分子或原子中電荷的振動(dòng)2. 對(duì)電磁波對(duì)電磁波)(cos0urtEE)(cos0urtHH平面簡諧電磁波的性質(zhì)平面簡諧電磁波的性質(zhì)(1)(2) 電磁波是電磁波是橫波橫波的描述（平面簡諧波）的描述（平面簡諧波）H,EEH和和傳播速度相同、傳播速度相同、相位相同相位相同u/HEOxyz(3) 波速波速1u1800sm10997921.c(4) 電磁波具有波的共性電磁波具有波的

2、共性 在介質(zhì)分界面處有反射和折射在介質(zhì)分界面處有反射和折射ucn 00rrr真空中真空中折射率折射率電磁波在真空中傳播速率電磁波在真空中傳播速率 c 與在某種介質(zhì)中的傳播速率與在某種介質(zhì)中的傳播速率 u之比稱為該介質(zhì)的之比稱為該介質(zhì)的折射率折射率(5) 波的強(qiáng)度波的強(qiáng)度20EI 二二. . 光是電磁波光是電磁波A3900A7600光色光色 波長波長(nm) 頻率頻率(Hz) 中心波長中心波長 (nm) 紅紅 760622 660 橙橙 622597 610 黃黃 597577 570 綠綠 577492 540 青青 492470 480 蘭蘭 470455 460 紫紫 455390 430

3、 141410841093.141410051084.141410451005.141410161045.141410461016.141410661046.1414107 . 7106 . 6可見光七彩顏色的波長和頻率范圍可見光七彩顏色的波長和頻率范圍13.2 光源光源 光波的疊加光波的疊加一一. 光源光源(1) 熱輻射熱輻射 (2) 電致發(fā)光電致發(fā)光 (3) 光致發(fā)光光致發(fā)光 (4) 化學(xué)發(fā)光化學(xué)發(fā)光 能級(jí)躍遷能級(jí)躍遷波列波列波列長波列長 L = c自自發(fā)發(fā)輻輻射射非相干非相干( (不同原子發(fā)的光不同原子發(fā)的光) )非相干非相干( (同一原子先后發(fā)的光同一原子先后發(fā)的光) ).自發(fā)輻射自發(fā)

4、輻射E E2 2E E1 1h/EE12(5) 同步輻射光源同步輻射光源 (6) 激光光源激光光源 受受激激輻輻射射二二. .單色光單色光包含多種頻率的光包含多種頻率的光 復(fù)色光復(fù)色光具有單一頻率的光具有單一頻率的光 單色光單色光 嚴(yán)格的嚴(yán)格的單色光單色光是不存在的，任何光源發(fā)出的光波是不存在的，任何光源發(fā)出的光波都有一定的頻率范圍，當(dāng)都有一定的頻率范圍，當(dāng)較小時(shí)可以認(rèn)為是單色較小時(shí)可以認(rèn)為是單色光光 準(zhǔn)單色光準(zhǔn)單色光獲得獲得單色光單色光的方法的方法 棱鏡色散棱鏡色散 濾光片濾光片 單色光源單色光源 激光激光 三三. .光波的疊加光波的疊加)cos(1111011crtEE)cos(22220

5、22crtEE21EEEP21222122EEEEEP21212EEIIIp光強(qiáng)光強(qiáng)P12r1r2當(dāng)干涉項(xiàng)當(dāng)干涉項(xiàng) 0221EE0221EE, 非相干疊加非相干疊加, 相干疊加相干疊加當(dāng)干涉項(xiàng)當(dāng)干涉項(xiàng) 討論討論1. .非相干疊加非相干疊加21 EE21(1)(2)(21不恒定不恒定 (3)21IIIP非相干疊加時(shí)非相干疊加時(shí) cos 22121IIIII(1) 相長干涉（明）相長干涉（明） 2,k2121max2IIIIII(2) 相消干涉（暗）相消干涉（暗） )12(,k 2121min2IIIIII2. .相干疊加相干疊加021III04II 021III0I., ,k3210., ,k3

6、210)(21212rr 如果如果如果如果相干條件相干條件: :(1)頻率相同頻率相同(2)相位差恒定相位差恒定(3)光矢量振動(dòng)方向平行光矢量振動(dòng)方向平行13.3 獲得相干光的方法獲得相干光的方法 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn) 獲得相干光的方法獲得相干光的方法1. 分波陣面法分波陣面法（楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)) )2. 分振幅法分振幅法（薄膜干涉（薄膜干涉) )（分波陣面法）（分波陣面法） 一一. 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn) 1s2s明條紋位置明條紋位置明條紋位置明條紋位置明條紋位置明條紋位置S實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象o1s2ssPx1rdDxtansinD2r理論分析理論分析sin12drrDxdDd Dx 很小很小k2) 1

7、2(k光強(qiáng)極小光強(qiáng)極小 光強(qiáng)極大位置光強(qiáng)極大位置 xdDk2) 12(光強(qiáng)極大光強(qiáng)極大 光強(qiáng)極小光強(qiáng)極小位置位置, 2, 1, 0kDxd, 2, 1, 0kdDko1s2ssPx1rdD2r光強(qiáng)分布光強(qiáng)分布光強(qiáng)極大位置光強(qiáng)極大位置 xdDk2) 12(光強(qiáng)極小光強(qiáng)極小位置位置dDk, 2, 1, 0k平行的等間距的平行的等間距的明暗相間的條紋明暗相間的條紋(1) 屏上相鄰明條紋中心或相鄰暗條紋中心間距為屏上相鄰明條紋中心或相鄰暗條紋中心間距為dDx(3) 當(dāng)用白光作為光源時(shí)，在零級(jí)白色中央條紋兩邊對(duì)稱地當(dāng)用白光作為光源時(shí)，在零級(jí)白色中央條紋兩邊對(duì)稱地排列著幾條彩色條紋排列著幾條彩色條紋 討論

8、討論(2) 已知已知 d , D 及及x,可測可測 Ik012- -1- -24I0 x0 x1x2x- -2x- -1(4) 考慮考慮將縫光源垂直于水平軸上、下移動(dòng)對(duì)干涉條紋的影響。將縫光源垂直于水平軸上、下移動(dòng)對(duì)干涉條紋的影響。屏屏單單縫縫雙縫雙縫21 Sox0 S1S2S0 SS上移至上移至條紋將向下平移條紋將向下平移如圖：如圖：(5) 考慮考慮將縫光源沿水平軸前后移動(dòng)對(duì)干涉條紋的影響。將縫光源沿水平軸前后移動(dòng)對(duì)干涉條紋的影響。條紋分布不變，亮度變化。條紋分布不變，亮度變化。二二. 洛埃鏡洛埃鏡MNO（洛埃鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果與楊氏雙縫干涉相似）（洛埃鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果與楊氏雙縫干涉相似） 接觸處接觸處,

9、 , 屏上屏上O 點(diǎn)點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋出現(xiàn)暗條紋 半波損失半波損失 相當(dāng)于入射波與反射波之間附加了一個(gè)半波長的波程差相當(dāng)于入射波與反射波之間附加了一個(gè)半波長的波程差1S2S212rr暗紋暗紋 明紋明紋 , 2, 1 , 0kk2) 12(k, 2, 1 , 0k(1) 明紋間距分別為明紋間距分別為mm350011089356004.dDxmm0350101089356004.dDx(2) (2) 雙縫間距雙縫間距 d d 為為mm4506501089356004.xDd雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用鈉光燈作單色光源，其波長為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用鈉光燈作單色光源，其波長為589.3 nm，屏與雙縫的距離屏與雙縫的距

10、離 D=600 mm解解 例例求求 (1) d =1.0 mm 和和 d =10 mm，兩種情況相鄰明條紋間距分別，兩種情況相鄰明條紋間距分別為多大？為多大？(2) 若相鄰條紋的最小分辨距離為若相鄰條紋的最小分辨距離為 0.065 mm，能，能分清干涉條紋的雙縫間距分清干涉條紋的雙縫間距 d 最大是多少？最大是多少？用白光作光源觀察楊氏雙縫干涉。設(shè)縫間距為用白光作光源觀察楊氏雙縫干涉。設(shè)縫間距為d ，縫面與屏，縫面與屏距離為距離為 D解解 最先發(fā)生重疊的是某一級(jí)次的紅光和高一級(jí)次的紫光最先發(fā)生重疊的是某一級(jí)次的紅光和高一級(jí)次的紫光 例例可見光在可見光在400 760 nm 范圍內(nèi)，明紋位置為范圍內(nèi)，明紋位置為求求 能觀察到的清晰可見光譜的級(jí)次能觀察到的清晰可見光譜的級(jí)次dDkx, 2, 1 , 0k紫紅dDkdDk ) 1( 11400760400 .k紫紅紫清晰的可見光譜只有一級(jí)清晰的可見光譜只有一級(jí) 例例 以單色光照射到相距為以單色光照射到相距為0.2 mm的雙縫上，雙縫與屏幕的雙縫上，雙縫與屏幕的垂直距離為的垂直距離為1 1m。( (1) )從第一級(jí)明紋到同側(cè)的第四級(jí)明紋間的距離為從第一級(jí)明紋到同側(cè)的第四級(jí)明紋間的距離為7