1、光的干涉光的干涉二.光的相干条件 两列或以上的光波在相遇区域两列或以上的光波在相遇区域出现出现稳定稳定的明暗分布的现象。的明暗分布的现象。振动方向相同振动方向相同频率相同频率相同相位差恒定相位差恒定00cos()EEt【问题问题】为何普通光源不易满足相干条件？为何普通光源不易满足相干条件？一.光的干涉现象12-1 光的干涉光的干涉激光光源：受激辐射，易满足相干条件激光光源：受激辐射，易满足相干条件 =(E2-E1)/hE1E2 完全一样完全一样(频率频率,相位相位,振动方向振动方向,传播方向传播方向)1.1.两列相干光波的叠加两列相干光波的叠加p12r1r2)cos(1101 tEE)cos(
2、2202 tEEP:1 2 E0E10E20)cos(021 tEEEE cos2201022021020EEEEE12 12-1 光的干涉光的干涉 =(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射普通光源发光机理：原子自发辐射普通光源发光机理：原子自发辐射不相干不相干(不同原子发的光不同原子发的光)不相干不相干(同一原子先后发的光同一原子先后发的光)发光的随机性发光的随机性 发光的间隙性发光的间隙性波列波列波列长波列长L=c秒秒810 【解释】普通光源发光机理决定12-1 光的干涉光的干涉 cos 2 2121 IIIII 非相干光源非相干光源 0cos I=I I=I 1 1 +I I
3、 2 2 非相干叠加非相干叠加 完全完全相干光源相干光源 coscos相长干涉（明）相长干涉（明）,2 k 2121max2IIIIII (k k=0,1,2,3)=0,1,2,3)相消干涉（暗）相消干涉（暗）,)12(k2121min2IIIIII (k k=0,1,2,3)=0,1,2,3)minmaxminmaxIIIIV 2.2.条纹衬比度条纹衬比度（描述屏幕上干涉条纹的（描述屏幕上干涉条纹的效果）效果）12-1 光的干涉光的干涉21II 21II Io 2-2 4-4 4I1衬比度差衬比度差 (V V 1)n2n1n2n1=n2光波长未知，无法确定ABCD提交单选题1分2(0,1,2
4、,.)kk(21)(0,1,2,.)kk加强加强减弱减弱2(0,1,2,.)2kk(21)(0,1,2,.)2kk加强（相长）加强（相长）减弱（相消）减弱（相消）4.条纹明暗规律条纹明暗规律2光在真空中的波长光在真空中的波长3.相位差与光程差的关系：相位差与光程差的关系：12-1 光的干涉光的干涉五.透镜的等光程性不同光线通过透镜要改变传播方向，会不会引不同光线通过透镜要改变传播方向，会不会引起附加光程差？起附加光程差？ABCabcFA、B、C 的相位相同，在的相位相同，在F点会聚，互相加强点会聚，互相加强A、B、C 各点到各点到F点的光程都相等。点的光程都相等。使用透镜不会引起各相干光之间的
5、附加光程差。使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。ABCabcF12-1 光的干涉光的干涉分波面干涉（杨氏双缝干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）托马斯托马斯杨（杨（Thomas Young）英国英国物理学家、医生和考古学家，光的物理学家、医生和考古学家，光的波动说的奠基人之一波动说的奠基人之一波动光学：波动光学：杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验生理光学：生理光学：三原色原理三原色原理材料力学：材料力学：杨氏弹性模量杨氏弹性模量考古学考古学 ：破译古埃及石碑上的文字破译古埃及石碑上的文字杨氏简介杨氏简介12-2 分波面干涉（杨氏双缝干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）一一.实验现象实验现象1s2s
6、S12-2 分波面干涉（杨氏双缝干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）二二.条纹明暗条件条纹明暗条件2rr 1(0,1,2,.)kk(21)(0,1,2,.)2kk12-2 分波面干涉（杨氏双缝干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）2rrr 1(0,1,2,.)Dkkd(21)(0,1,2,.)2Dkkd暗纹暗纹x 明纹明纹三三.条纹分布规律条纹分布规律1.条纹位置条纹位置0121212210012-2 分波面干涉（杨氏双缝干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）xrDdD rxd(0,1,2,.)Dkkd(21)(0,1,2,.)2Dkkd暗纹暗纹x 明纹明纹01212122100dDx=xk+1 xk2.条纹
7、宽度（条纹宽度（条纹间距）条纹间距）12-2 分波面干涉（杨氏双缝干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）1.x=Dd，很小，很小，因此要求因此要求 d 很小。很小。2.x=Dd，相邻明条纹和相邻暗条纹等间距。，相邻明条纹和相邻暗条纹等间距。四四.总结总结dxDxx1 D/xd 3.D,d一定时，由条纹间距可算出单色光的波长。一定时，由条纹间距可算出单色光的波长。12-2 分波面干涉（杨氏双缝干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）7341510510m1 10Dxd【拓展思考】n012121221001.加入加入介质条介质条纹如何纹如何移动？移动？01212121002.狭缝狭缝S移动移动条纹如条纹如何移动
8、？何移动？12-2 分波面干涉（杨氏双缝干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）下移下移下移下移【例例1】用薄云母片（用薄云母片（n=1.58）覆盖在杨氏双缝的其中）覆盖在杨氏双缝的其中一条缝上，这时屏上的零级明纹移到原来的第七级明纹一条缝上，这时屏上的零级明纹移到原来的第七级明纹处。如果入射光波长为处。如果入射光波长为5500，问云母片的厚度为多少？，问云母片的厚度为多少？解：解：原七级明纹在原七级明纹在P点处点处712 rr插入云母后，插入云母后，P点为零级明纹点为零级明纹012nddrr17ndm106.6158.1105500717610ndP01r2rd1s2s12-2 分波面干涉（杨氏双缝
9、干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）如图，波长为600nm的单色光垂直照射双缝，在缝后的接收屏上产生干涉条纹.如果在某条缝处放置一透明塑料薄片，则原来位于第零级明纹下方的第一级明纹向上移至原来第零级明纹处.已知塑料的折射率为1.5.则塑料薄片应该放置在（）缝处，其厚度为（）上，1.2 m上，0.4 m 下，1.2 m 下，0.4 mABCD提交r0单选题1分洛埃镜实验 半波损失(half-wave loss)反射光线发生了相位为反射光线发生了相位为 的突变的突变，光程损失了半个波长光程损失了半个波长，称为称为 半波损失半波损失。【结论】光从光疏介质向光密介质掠入射或正入射光从光疏介质向光密介质掠入
10、射或正入射时，在界面处反射光发生半波损失。时，在界面处反射光发生半波损失。实验表明实验表明:A 处是处是暗纹暗纹ASSa屏屏12-2 分波面干涉（杨氏双缝干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）Ch解解 计算光程差计算光程差BCACr22)2cos1(ACsinhAC B2A12例例2 如图如图 离湖面离湖面 处有一电磁波接收器位于处有一电磁波接收器位于 C，当一射电星从地平面渐渐升起时，当一射电星从地平面渐渐升起时，接收器断续接接收器断续接收收 到一系列极大值到一系列极大值.已知射电星发射的电磁波波长已知射电星发射的电磁波波长为为 ,求第一次测到极大时，射电星的方位与求第一次测到极大时，射电星的方位
11、与湖面所成的角湖面所成的角 .0.5mh 20.0cm12-2 分波面干涉（杨氏双缝干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）一路光有半波损失、另一路没有，一路光有半波损失、另一路没有，光程差要附加半个波长光程差要附加半个波长hk4)12(sinh4arcsin110.20marcsinarcsin0.14 0.5m74.511k取取 极大极大时时kr AChB2122)2cos1(sinhr12-2 分波面干涉（杨氏双缝干涉）分波面干涉（杨氏双缝干涉）圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率一一.圆孔衍射现象圆孔衍射现象01.22/D爱里斑爱里斑半角宽度半角宽度光强光强爱里斑爱里斑Airy
12、Disk12-10 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率两物点通过两物点通过透镜成像透镜成像12-10 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率08.0 I 如果一个点光源的衍射图象的中央最亮处刚好与如果一个点光源的衍射图象的中央最亮处刚好与另一个点光源的衍射图象第一级最暗处相重合，则另一个点光源的衍射图象第一级最暗处相重合，则认为这两个点光源恰好能分辨。认为这两个点光源恰好能分辨。二二.瑞利判据瑞利判据0I12-10 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率S1S201.22/D2.光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率11.22D 1.最小分辨角最小分辨角如何提
13、高光学仪器的分辨率？如何提高光学仪器的分辨率？光强光强12-10 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率假设你的眼睛刚好能分辨两个物点，如果此时增强照明，你的瞳孔收缩，则此时你还能分辨这两个物点吗？不能能AB提交单选题1分例例 设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为设人眼在正常照度下的瞳孔直径约为3mm，而在，而在可见光中，人眼最敏感的波长为可见光中，人眼最敏感的波长为550nm，问，问（1 1）人眼的最小分辨角有多大？）人眼的最小分辨角有多大？（2 2）若物体放在距）若物体放在距 人眼人眼25cm（明视距离）处和（明视距离）处和10m10m处，则两物点间距为多大时才能被分辨？处，则两物
14、点间距为多大时才能被分辨？解（解（1）1.22Drad102.24（2）4250 2.2 10dL=0.055mm410000 2.2 102.2dLmm12-10 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率“点彩法”是指把自然物象分析成细碎的色彩斑块，用画笔点点地画在画布上。当观察者距离画布很近时，看到的是一个个的色彩斑块以及它们真实的颜色，而当观察者在正常距离上观看时，不再能分辨出斑块，而且斑块的颜色发生了混合。假设斑块之间的平均距离D=2mm，人眼瞳孔直径d=1.5mm，要使任何颜色的斑块都不能被分辨，观察距离至少应为（）3.1m4.1m5.1m6.1mABCD提交单选题1分解：解：12-10 圆孔衍射圆孔衍射 光学仪器的分辨率光学仪器的分辨率0D0min=DLminmin1.22d337minmin2 101.5 106.1 m1.221.224 10DDdL
