物理光學-3光的干涉(2)(已修改)
2025-01-28 06:28 本頁面
【正文】 第三章 光的干涉和干涉儀 光的干涉現(xiàn)象 ：在兩個或多個光波疊加的區(qū)域，某些點的振動始終加強，另一些點的振動始終減弱，形成在該區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定的光強強弱分布的現(xiàn)象稱為光的干涉現(xiàn)象。 （肥皂泡、水面上的油膜呈現(xiàn)的美麗色彩等） 第一節(jié) 光波干涉的條件和實現(xiàn)方法 一、光波干涉的條件 兩支蠟燭、兩盞燈放在一起，同時照在墻壁上。 無光強度明暗變化的干涉現(xiàn)象 兩個頻率相同的鈉光燈不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，即使是同一個單色光源的兩部分發(fā)出的光，也不能產(chǎn)生干涉。 無干涉現(xiàn)象 兩個完全獨立的沒有關聯(lián)的光波無論如何不會產(chǎn)生干涉 ，而只有當兩個光波有緊密關聯(lián)或當兩個光波是由同一光波分離出來時 ， 才會發(fā)生干涉 。 （ 從光源本身的發(fā)光特性來解釋 ） 光源中單個原子發(fā)光是 間歇的，持續(xù)時間約 109秒 。前后光波是 完全獨立的，初相位沒有固定關系 。不同原子發(fā)出的波列也如此。 兩個波列形成的干涉圖樣只能在 109秒內(nèi)存在，另一時刻對應于另一位相差的干涉圖樣，只能記錄到 強度 I的某一時間平均值 。 普通光源： 自發(fā)輻射 獨立 (不同 原子發(fā)的光 ) 獨立 (同一原子先后發(fā)的光 ) 考察兩光波疊加區(qū)域內(nèi)的某一點 P的強度 221 2 12 1 2 1 22 c osI I I I a a a a ?? ? ? ? ? ? ?])()()[( 212121 trkk ????? ??????? ??? 對普通光源來說，由于原子發(fā)光是間歇的、隨機的、獨立的，在觀察時間 ?內(nèi)，相位差不能保持恒定 ,變化次數(shù)極多 ,可取 0～ 2π 間的一切可能值 ,且機會均等。 221 2 1 20011 2 c o sI I d a a a a d??? ? ???? ? ? ???于是非相干疊加時的光強為 I=I1+I2 可見， 在非相干疊加時，總光強等于兩光源單獨發(fā)出的光波在該處產(chǎn)生的光強之和，且光強是均勻分布的。 如果在觀察時間 ?內(nèi)，相位差保持恒定 ,則合成光強 在空間形成強弱相間的穩(wěn)定分布。這是相干疊加的重要特征。 ])()()[( 212121 trkk ????? ??????? ???（ 1）振動方向相同 干涉項 I12與 a a2的標量積有關。 （ 2）頻率相同 否則兩光波頻率差引起隨時間迅速變化的位相差的變化 （ 3）相位差恒定 相位差保持恒值，該點強度穩(wěn)定分布 221 2 12 1 2 1 22 c osI I I I a a a a ?? ? ? ? ? ? ?1) 振動方向相同 2) 振動頻率相同 3) 相位差保持恒定 產(chǎn)生相干光的必要條件 二、相干光的獲得 ?原理： 將同一光源上同一點或極小區(qū)域發(fā)出的一束光分成兩束，讓它們經(jīng)過不同的傳播路徑后，再使它們相遇，它們是相干光。 ?方法： 分波陣面法：把光波的波陣面分為兩部分 分振幅法：利用兩個界面產(chǎn)生兩束反射光或折射光 ① 分波面法：楊氏干涉 p S * 分波面法 分振幅法 p 薄膜 S * ② 分振幅法：平行平板產(chǎn)生的干涉 產(chǎn)生光波干涉的補充條件： 光程差不能太大，否則由同一波列分成的兩個波列不能相遇 相干光的獲得 分波陣面法 分振幅法 薄膜干涉 楊氏雙縫干涉 雙棱（面）鏡干涉 洛埃鏡干涉 等傾干涉 等厚干涉 邁克爾遜干涉儀 牛頓環(huán) 劈尖干涉 增透膜 增反膜 第二節(jié) 楊氏雙縫干涉實驗 英國物理學家、醫(yī)生和考古學家，光的波動說的奠基人之一 波動光學： 楊氏雙縫干涉實驗 生理光學： 三原色原理 材料力學： 楊氏彈性模量 考古學： 破譯古埃及石碑上的文字
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