大学波动光学基础.pptx
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1、14.1 光是电磁波光是电磁波 一一.电磁波电磁波1 1.电磁波的产生电磁波的产生 凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源凡做加速运动的电荷都是电磁波的波源例如:天线中的振荡电流例如:天线中的振荡电流分子或原子中电荷的振动分子或原子中电荷的振动2.对电磁波对电磁波平面简谐电磁波的性质平面简谐电磁波的性质(1)(2)电磁波是电磁波是横波横波的描述(平面简谐波)的描述(平面简谐波)和和传播速度相同、传播速度相同、相位相同相位相同(3)量值上量值上(4)波速波速(5)电磁波具有波的共性电磁波具有波的共性 在介质分界面处有反射和折射在介质分界面处有反射和折射3.电磁波的能量密度电磁波的能量密度真空中真空中
2、折射率折射率能流密度能流密度dA波的强度波的强度 I结论结论:I 正比于正比于 E02 或或 H02,通常用其相对强度通常用其相对强度坡印亭矢量坡印亭矢量表示表示(坡印亭矢量坡印亭矢量)二二.光是电磁波光是电磁波光色光色 波长波长(nm)频率频率(Hz)中心波长中心波长(nm)红红 760622 660 橙橙 622597 610 黄黄 597577 570 绿绿 577492 540 青青 492470 480 兰兰 470455 460 紫紫 455400 430 可见光七彩颜色的波长和频率范围可见光七彩颜色的波长和频率范围14.2 光源光源 光波的叠加光波的叠加一一.光源光源(1)热辐射
3、热辐射 (2)电致发光电致发光 (3)光致发光光致发光 (4)化学发光化学发光 能级跃迁能级跃迁波列波列波列长波列长 L=c自自发发辐辐射射非相干非相干(不同原子发的光不同原子发的光)非相干非相干(同一原子先后发的光同一原子先后发的光).(5)同步辐射光源同步辐射光源 (6)激光光源激光光源 受受激激辐辐射射自发辐射自发辐射E E2 2E E1 1二二.光波的叠加光波的叠加光强光强P12r1r2当干涉项当干涉项,非相干叠加非相干叠加,相干叠加相干叠加当干涉项当干涉项 讨论讨论1.非相干叠加非相干叠加即即不恒定不恒定 非相干叠加时非相干叠加时(1)(2)(3)(1)相长干涉(明)相长干涉(明)(
4、2)相消干涉(暗)相消干涉(暗)2.相干叠加相干叠加如果如果如果如果相干条件相干条件:(1)频率相同频率相同(2)相位差恒定相位差恒定(3)光矢量振动方向平行光矢量振动方向平行相干光源相干光源:同一原子的同一次发光同一原子的同一次发光3.相干条件、相干光源相干条件、相干光源14.3 获得相干光的方法获得相干光的方法 杨氏实验杨氏实验 (分波阵面法)(分波阵面法)一一.杨氏实验杨氏实验 明条纹位置明条纹位置明条纹位置明条纹位置明条纹位置明条纹位置获得相干光的方法获得相干光的方法1.分波阵面法分波阵面法(杨氏实验(杨氏实验)2.分振幅法分振幅法(薄膜干涉(薄膜干涉)实验现象实验现象光强极小光强极小
5、 (光强极大位置)(光强极大位置)光强极大光强极大(光强极小(光强极小位置)位置)理论分析理论分析(1)屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为一系列平行的一系列平行的明暗相间条纹明暗相间条纹(4)当用白光作为光源时,在零级白色中央条纹两边对称地当用白光作为光源时,在零级白色中央条纹两边对称地排列着几条彩色条纹排列着几条彩色条纹 Ik012-1-24I0 x0 x1x2x-2x-1光强分布光强分布讨论讨论(2)已知已知 d,D 及及x,可测可测(3)x 正比正比 ,D;反比反比 d二二.洛埃镜洛埃镜(洛埃镜实验结果与杨氏双缝干涉相似)(洛埃镜实验结果与杨
6、氏双缝干涉相似)接触处接触处,屏上屏上O 点点出现暗条纹出现暗条纹 半波损失半波损失 有半波损失有半波损失相当于入射波与反射波之间附加了一个半波长的波程差相当于入射波与反射波之间附加了一个半波长的波程差无半波损失无半波损失入射波入射波反射波反射波透射波透射波透射波没有半波损失透射波没有半波损失(1)明纹间距分别为明纹间距分别为(2)(2)双缝间距双缝间距 d d 为为双双缝缝干干涉涉实实验验中中,用用钠钠光光灯灯作作单单色色光光源源,其其波波长长为为589.3 nm,屏与双缝的距离,屏与双缝的距离 D=600 mm解解 例例求求(1)d=1.0 mm 和和 d=10 mm,两两种种情情况况相相
7、邻邻明明条条纹纹间间距距分分别别为为多多大大?(2)若若相相邻邻条条纹纹的的最最小小分分辨辨距距离离为为 0.065 mm,能能分清干涉条纹的双缝间距分清干涉条纹的双缝间距 d 最大是多少?最大是多少?用用白白光光作作光光源源观观察察杨杨氏氏双双缝缝干干涉涉。设设缝缝间间距距为为d,缝缝面面与与屏屏距离为距离为 D解解 最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光 清晰的可见光谱只有一级清晰的可见光谱只有一级 例例在在400 760 nm 范围内,明纹条件为范围内,明纹条件为求求 能观察到的清晰可见光谱的级次能观察到的清晰可见光谱的级次14.4
8、光程与光程差光程与光程差若时间若时间 t 内光波在介质中传播的内光波在介质中传播的路程路程为为 r,则相应在则相应在真空中真空中传播的传播的路程路程应为应为 光程是一个折合量,在相位改变相同的条件下,把光在光程是一个折合量,在相位改变相同的条件下,把光在介质中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程介质中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程改变相同相位的条件下改变相同相位的条件下 真空中真空中光波长光波长 光程光程由光程差计算由光程差计算物象之间等光程原理物象之间等光程原理光程光程1 1光程光程2 2光程光程3 3光程光程1=1=光程光程2=2=光程光程3 3相位差相位差光程光程 多种介质
9、多种介质 用用折折射射率率 n=1.58 的的很很薄薄的的云云母母片片覆覆盖盖在在双双缝缝实实验验中中的的一一条条缝缝上上,这这时时屏屏上上的的第第七七级级亮亮条条纹纹移移到到原原来来的的零零级级亮亮条条纹纹的的位置上。如果入射光波长为位置上。如果入射光波长为 550 nm解解 设设云云母母片片厚厚度度为为 d。无无云云母母片片时时,零零级级亮亮纹纹在在屏屏上上 P 点点,则则到到达达 P 点点的的两两束束光光的的光光程程差差为为零零。加加上上云云母母片片后后,到到达达P点的两光束的光程差为点的两光束的光程差为当当 P P 点为第七级明纹位置时点为第七级明纹位置时 例例求求 此云母片的厚度是多
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