西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）关于波的干涉

同学们好! B. Interference produced by reflecting white light from a soap film. The picture on the right shows the pattern produced by red light

同学们好！

大学物理 关于波的干涉 、光波的相干叠加 1.光波叠加原理 2.光的相干叠加 3.光程、光程差 4.从普通光源获得相干光 ①分波阵面法 ②分振幅法(分振幅分能量) 第2页共31页

大学物理 第2页 共31页 一、光波的相干叠加 1. 光波叠加原理 2. 光的相干叠加 4. 从普通光源获得相干光 3. 光程、光程差  分波阵面法 分振幅法(分振幅~分能量) 关于波的干涉

大学物理 二、分波面干涉、*空间和时间相干性 1.杨氏双缝干涉 P 明暗纹条件 S kD 士一 明 S dk=0,1,2,… dsin e d h ±(2k-1) 单缝 暗 D k 双缝a1=2 形态:平行于缝的等亮度、等间距、明暗相间条纹 白光照射双缝:彩色光谱 第3页共31页

大学物理 第3页 共31页 二、分波面干涉、*空间和时间相干性 1. 杨氏双缝干涉 明暗纹条件 x = k = 0,1,2,   d kD  2 (2 1)   −  d D k 明 暗 k =1,2,  r1 r2  dsin  P x O S d S1 S2 单缝 双缝1= 2 D 形态：平行于缝的等亮度、等间距、明暗相间条纹  d D x = 白光照射双缝: 彩色光谱

大学物理 2.其他分波阵面干涉 23.光的空间和时间相干性 (1)条纹的可见度 定义:条纹的可见度V=mx mIn max min (2)影响条纹的可见度的因素 A)光强度对条纹可见度的影响 由光强分布公式/=1+l2+2√12cos△( 得 4√12 「1≈1,V≈ 2(1+12)1>>l2, ≈0 第4页共3页

大学物理 第4页 共31页 *3. 光的空间和时间相干性 (1) 条纹的可见度 定义： 条纹的可见度 max min max min I I I I V + − = (2) 影响条纹的可见度的因素 A) 光强度对条纹可见度的影响 2( ) 4 1 2 1 2 I I I I V + = 由光强分布公式 得 I = I 1 + I 2 + 2 I 1 I 2 cos I1  I2 , V 1 I1  I2 , V  0 2. 其他分波阵面干涉

大学物理 B)光源宽度对条纹可见度的影响-空间相干性 能否通过增加单缝光源宽度来提高干涉条纹亮度? 考虑将缝光源垂直于轴上、下移动对干涉条纹的影响 S上移至S O4=0 条纹向下平移 A′=0 第5页共31页

大学物理 第5页 共31页 能否通过增加单缝光源宽度来提高干涉条纹亮度? S上移至S 条纹向下平移 B) 光源宽度对条纹可见度的影响 – 空间相干性 考虑将缝光源垂直于轴上、下移动对干涉条纹的影响 S O  =0 =0 S  O

大学物理 缝宽b S Sr 许多平行线光源, 彼此干涉条纹错开, S 条纹清晰读度下降 修直至消失 D B b的极限宽度:b<B=-a<B 即只有波面上距离<两处的光相遇才能 形成清晰的干涉条纹光的空间相干性 第6页共31页

大学物理 第6页 共31页 b的极限宽度：  d B b   b B d  缝宽b: 许多平行线光源， 彼此干涉条纹错开， 条纹清晰读度下降 直至消失。 形成清晰的干涉条纹 即只有波面上距离  两处的光相遇才能 b B d  光的空间相干性 r1 r2 x O d S1 S2 B D b S0 I S r1 r2

大学物理 C)光源单色性对条纹可见度的影响一时间相干性 实际光源都发出非严格单色波, 存在一谱线宽度△v△a) √^^√ L 可以证明波列长度L与波长宽 度△关系: 谱线宽度→△v← LM=波列通过P点持续时间s< 2 <L=c·△t 干涉条纹可见度V=1 时间相干性 定义相干长度为能产生干涉条纹的最大光程差 第7页共31页

大学物理 第7页 共31页 C) 光源单色性对条纹可见度的影响 – 时间相干性 波列通过P点持续时间 c L t = 干涉条纹可见度 L Δ V = 1− 定义相干长度为能产生干涉条纹的最大光程差 Δ L c t m  =  时间相干性 可以证明波列长度L与波长宽 度有关系：    = 2 L L P 实际光源都发出非严格单色波, 存在一谱线宽度 ()。 I I0 I0 /2   谱线宽度  O

大学物理 相干长度和相干时间越长, 光源的相干性越好,条纹 可见度越高。 相千长度:L 相干时间:△t= △久 △·c 比较: 空间相干性:反映扩展光源不同部分发光的独立性 时间相干性:反映原子发光的断续性 光的相干条件: 频率相同、振动方向相同、相位差恒定 光程差不太大 振幅相差不大 第8页共31页

大学物理 第8页 共31页 比较： 空间相干性：反映扩展光源不同部分发光的独立性 时间相干性：反映原子发光的断续性 相干长度和相干时间越长， 光源的相干性越好，条纹 L 可见度越高。 Δ V = 1− 相干长度：    = 2 L 相干时间： c t    =   2 光的相干条件： 频率相同、振动方向相同、相位差恒定 光程差不太大 振幅相差不大

大学物理 分振幅干涉 1.薄膜干涉 介质n1 薄膜 光波A、i、y 入射光 2 e反射光2、3相干光 透射光4、5相干光 4 相遇点光强取决于 P P 第9页共31页

大学物理 第9页 共31页 三、分振幅干涉 1.薄膜干涉 e s  n1 n2 n1 1 介质 1 n 薄膜 n , e 2 光波 、i、 入射光 1 P b d 2 3 i a c  P h f 5 4 反射光 2、3 相干光 透射光 4、5 相干光 相遇 P 点光强取决于Δ P

大学物理 反=2(ab+bc)-nad 由几何关系、折射定律 (教材P165) 2 Ml 4=2ein2-n, sin i+ 2 项涉及反射,考虑有无半波损失 2 n22无3有 第10页共31页

大学物理 第10页共31页 2 ( ) 2 1  Δ反 = n ab + bc − n ad + n1  n2 2有 3无 n1  n2 2无 3有 反 中有 项2 Δ  : 2 项  涉及反射，考虑有无半波损失 由几何关系、折射定律 (教材 P.165) 2 2 sin 2 2 1 2 2  Δ反 = e n − n i + e s  n1 n2 n1 1 P b d 2 i 3 a c 