物理光學(xué)-3光的干涉(2)(已修改)
2025-01-28 06:28 本頁(yè)面
【正文】 第三章 光的干涉和干涉儀 光的干涉現(xiàn)象 ：在兩個(gè)或多個(gè)光波疊加的區(qū)域，某些點(diǎn)的振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些點(diǎn)的振動(dòng)始終減弱，形成在該區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定的光強(qiáng)強(qiáng)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(shí)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(shí)照在墻壁上。 無(wú)光強(qiáng)度明暗變化的干涉現(xiàn)象 兩個(gè)頻率相同的鈉光燈不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，即使是同一個(gè)單色光源的兩部分發(fā)出的光，也不能產(chǎn)生干涉。 無(wú)干涉現(xiàn)象 兩個(gè)完全獨(dú)立的沒(méi)有關(guān)聯(lián)的光波無(wú)論如何不會(huì)產(chǎn)生干涉 ，而只有當(dāng)兩個(gè)光波有緊密關(guān)聯(lián)或當(dāng)兩個(gè)光波是由同一光波分離出來(lái)時(shí) ， 才會(huì)發(fā)生干涉 。 （ 從光源本身的發(fā)光特性來(lái)解釋 ） 光源中單個(gè)原子發(fā)光是 間歇的，持續(xù)時(shí)間約 109秒 。前后光波是 完全獨(dú)立的，初相位沒(méi)有固定關(guān)系 。不同原子發(fā)出的波列也如此。 兩個(gè)波列形成的干涉圖樣只能在 109秒內(nèi)存在，另一時(shí)刻對(duì)應(yīng)于另一位相差的干涉圖樣，只能記錄到 強(qiáng)度 I的某一時(shí)間平均值 。 普通光源： 自發(fā)輻射 獨(dú)立 (不同 原子發(fā)的光 ) 獨(dú)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(diǎn) P的強(qiáng)度 221 2 12 1 2 1 22 c osI I I I a a a a ?? ? ? ? ? ? ?])()()[( 212121 trkk ????? ??????? ??? 對(duì)普通光源來(lái)說(shuō)，由于原子發(fā)光是間歇的、隨機(jī)的、獨(dú)立的，在觀察時(shí)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(jī)會(huì)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(shí)的光強(qiáng)為 I=I1+I2 可見(jiàn)， 在非相干疊加時(shí)，總光強(qiáng)等于兩光源單獨(dú)發(fā)出的光波在該處產(chǎn)生的光強(qiáng)之和，且光強(qiáng)是均勻分布的。 如果在觀察時(shí)間 ?內(nèi)，相位差保持恒定 ,則合成光強(qiáng) 在空間形成強(qiáng)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(dòng)方向相同 干涉項(xiàng) I12與 a a2的標(biāo)量積有關(guān)。 （ 2）頻率相同 否則兩光波頻率差引起隨時(shí)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(diǎn)強(qiáng)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(dòng)方向相同 2) 振動(dòng)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(diǎn)或極小區(qū)域發(fā)出的一束光分成兩束，讓它們經(jīng)過(guò)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(gè)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(bǔ)充條件： 光程差不能太大，否則由同一波列分成的兩個(gè)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(shí)驗(yàn) 英國(guó)物理學(xué)家、醫(yī)生和考古學(xué)家，光的波動(dòng)說(shuō)的奠基人之一 波動(dòng)光學(xué)： 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 生理光學(xué)： 三原色原理 材料力學(xué)： 楊氏彈性模量 考古學(xué)： 破譯古埃及石碑上的文字
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