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'大学物理：第13章光的干涉 光学是研究光的传播以及它和物质相互作用问题的学科。光学通常分为以下三个部分：▲几何光学：以光的直线传播规律为基础，主要研究各种成象光学仪器的理论。▲波动光学：研究光的电磁性质和传播规律，特别是干涉、衍射、偏振的理论和应用。▲量子光学：以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用的规律。2 第13章(Interferenceoflight）光的干涉3 2.激光光源：受激辐射=(E2-E1)/hE1完全一样E21.普通光源：自发辐射··独立（同一原子先后发的光）独立（不同原子发的光）（传播方向，频率，相位，振动方向）7 三.光的干涉相干条件则在空间相遇区域就会形成稳定的明、暗相间的条纹分布，这种现象称为光的干涉。由波动理论知,光矢量平行、频率相同、振幅为E1和E2的两列光波在某处叠加后,合振动的振幅为两束光:(1)频率相同；(2)光振动方向相同；(3)相差恒定；其中8 光强正比于光矢量振幅平方1.非相干叠加对普通光源来说，由于原子发光是间歇的、随机的、独立的，在观察时间t内，相位差不能保持恒定,变化次数极多,可取0~2π间的一切可能值,且机会均等，因此9 非相干叠加时的光强为I=I1+I2(且各处光强均匀分布)2.相干叠加即合成光强在空间形成强弱相间的稳定分布。这是相干叠加的重要特征。如果在观察时间t内，相位差保持恒定,则合成光强为10 =±2k,Imax=4I1,明纹(加强)=±(2k+1),Imin=0,暗纹(减弱)明纹暗纹=(r2-r1)=对初相相同的两相干光源,有如果I1=I2:光程差当11 普通光源获得相干光的途径PS*分波面法：分振幅法：·P薄膜S*在P点处相干叠加将一个光源的微小部分(视为点光源或线光源)发出的光设法分成两束再使其相聚。12 时间相干性*由于原子发光的间歇性和随机性，不同原子发出的光是不相干的，同一个原子不同时刻发出的光也是不相干的。要得到相干光，只有将一个原子一次发出的光(一个波列)分为两束再使其相聚。显然，要产生相干，两束光的光程差就必须小于一个波列长度，即相干长度。时间相干性的好坏，就是用相干长度或者相干时间（波列延续时间）的长短来衡量。波列长x=ct13 根据光学理论，对于单色光而言，其相干长度满足：<其中称为谱线宽度。普通单色光的大约在10-2Å~1Å之间，相干长度在mm量级。He–Ne激光：=6328Å，=10-7Å相干长度：x=40km可见，激光的相干性很好。14 光经过不同介质时，波长要发生变化。同样的距离，引起的相位差并不相同。为研究的方便起见,引入光程的概念。真空中光的频率v由光源确定。光速由介质确定。真空中，光速:c=v介质中，光速:=v∵n=c/∴=/n§13.2光程和光程差介质中15 1.光程设经时间t，光在折射率为n的介质中通过的几何路程为r，则nr称为光程。显然，光程nr=nt=ct。也就是说，光在介质中传播路程r和在真空中传播路程nr引起的相位差相同。光程的物理意义:光程等于在相同的时间内光在真空中通过的路程。n=c/=/n16 2.光程差—两束光光程之差==s2s1r2r1pn1n2s2S1p=r1s1pe1e2n1n2S2p=r2n1r1-n2r2(r1-e1+n1e1)-(r2-e2+n2e2)17 s2s1r2r1pn1n2设相干光源s1和s2的初相相同，到达p点时的相差：=±2k,明纹(加强)=±(2k+1),暗纹(减弱)即明纹暗纹=真空中的波长光程差3.两束光干涉的强弱取决于光程差，而不是几何路程之差18 4.薄透镜不会产生附加光程差物点到象点（亮点）各Sacb··SFacb·ABCFacb·ABCF在干涉和衍射装置中经常要用到透镜，注意：光线经过透镜后并不附加光程差。焦点F、F都是亮点，说明各光线在此同相叠加。而A、B、C或a、b、c都在同相面上。光线之间的光程差为零。BF，CF说明AF，各光线等光程。BF，CF或AF，19 真空，s在s1s2的中垂线上(光源s1和s2的初相相同)，于是=r2-r1=明纹暗纹s2s1poDds*r2r1K=0K=1K=1K=2K=2§13.3双缝干涉与*空间相干性一.杨氏双缝干涉实验20 r12=D2+(x-d/2)2,r22=D2+(x+d/2)2考虑到D>>d,r1+r22D,于是s*s2s1poDdr2r1xxK=0K=-1K=1K=2K=-2明纹暗纹21 k=0,1,2,…分别称为第一级、第二级暗纹等等。k为干涉条纹的级次。明纹坐标为k=0,1,2,…依次称为零级、第一级、第二级明纹等等。零级亮纹(中央亮纹)在x=0处。暗纹，k=0,1,2,…...明纹，k=0,1,2,…...明纹暗纹22 条纹特征：(1)干涉条纹是平行双缝的直线条纹。中央为零级明纹，上下对称，明暗相间，均匀排列。(2)相邻亮纹(或暗纹)间的距离为s*s2s1poDdr2r1xxK=0K=-1K=1K=2K=-223 k=0k=-1k=-2k=1k=2(3)如用白光作实验,则除了中央亮纹仍是白色的外,其余各级条纹形成从中央向外由紫到红排列的彩色条纹—光谱。为何会有光谱的出现？24 pr2r1s*os2s1Ddxxr01r02s*s2s1poDdr2r1xxK=0K=-1K=1K=2K=-2=r02-r01+r2-r1=r02-r01明纹暗纹=(4)讨论:25 解第2级明纹彩色带(光谱)的宽度=4000Å的第2级亮纹和7000Å的第2级亮纹之间的距离x。明纹坐标为代入：d=0.25mm,D=500mm,2=7×10-4mm,1=4×10-4mm得：x=1.2mmk=0k=-1k=-2k=1k=2x例题13.3.1双缝:d=0.25mm,D=50cm,用白光(4000Å~7000Å)照射，求第2级明纹彩色带(第2级光谱)的宽度。26 (零级)解中央零级处由s1和s2发出的两光线的光程差为零，由此推知，原中央明级向下移到原第五级亮纹处。现中央处是第五级亮纹，这表明两光线的光程差=5=10-5m=(n2-n1)e(零级)oen1n2es1s2例题13.3.2用透明薄膜(厚e、n1=1.4、n2=1.7)盖住双缝，发现原中央明级处被第五级亮纹占据。所用波长=6000Å,问：原中央明级移到何处？膜厚e=?27 二.洛埃镜E明纹暗纹这里存在半波损失，故洛埃镜的明暗纹恰好与杨氏双缝相反。s*S28 当光从光疏介质射到光密介质并在界面上反射时，反射光有半波损失。计算光程差时，有一个半波损失要另加(或减)/2；计算位相差时，要另加(或减)。三.*空间相干性双缝干涉实验中要求S为狭缝，对应线光源。如果光源宽度较大，可看出成若干个线光源，各自对应的干涉条纹互相错开，难以分辨。这种由空间距离确定的相干性，称为光的空间相干性。29 I02-24-44I1衬比度差(V<1)衬比度好(V=1)振幅比，▲决定衬比度的因素：光源的宽度光源的单色性，IImaxImin02-24-4条纹衬比度（对比度，反衬度）（contrast）30 §13.4薄膜干涉一.薄膜干涉公式在反射光中，ab两束平行光线产生的光程差：sBCDirAn3n2n1e反射光透射光而透射光的光程差也可用上式表示。还需考察光在薄膜上下两个面上的反射有无半波损失。31 当n1>n2n3时，反射光有半波损失，则反中就要另加(或减)/2。透射光没有半波损失。而当n1>n2>n3或n1>e,上式中e2可略去,因此得oABRer明环暗环(k=1,2…)(k=0,1,2...)=(k=1,2…)(k=0,1,2…)明环半径：暗环半径：58 解由牛顿环的明环公式，得空气中：液体中：例题13.4.8将牛顿环由空气移入一透明液体中，发现第8明环半径由1.40cm变为1.21cm，求该液体的折射率。59 解明环(k=1,2…)暗环(k=0,1,2...)=由图知：∴明环半径暗环半径eo1o2R2R1e1e2r例题13.4.9牛顿环装置由曲率半径(R1和R2)很大的两个透镜组成，设入射光波长为，求明暗环半径。60 1.501.20解(1)例题13.4.10平板玻璃(n=1.50)上有一油滴在重力的作用下形成的圆形油膜(n2=1.20)，=6000Å的光垂直照射，在反射光中观察干涉条纹。问：(1)当油膜中心的最大厚度h=12000Å时，可看见几条明纹？明纹所在处的油膜厚度是多少？(2)当油膜继续扩展时，所看到的条纹将如何变化？61 当k=0，e0=0(油膜边缘处)k=1，e1=2500Åk=2，e2=5000Åk=3，e3=7500Åk=4，e4=10000Åk=5，e5=12500Å>12000Å,略去。可看到5条圆形条纹(对应k=0、1、2、3、4)。(2)当油膜继续扩展时，所看到的条纹将如何变化？当油膜继续扩展时，油膜半径扩大，各处厚度不断减小，圆形条纹级数减少、间距增大。各处明暗交替出现，直至整个油膜呈现一片明亮区域。1.501.2062 M1和M2是两块平面反射镜。G1有一半透明的薄银层，起分光作用。G2起补偿作用。M2和M1对G1形成的虚像M1′间形成一空气薄膜。当M1、M2严格垂直时，可观察到等倾条纹的圆形条纹。当M1、M2不严格垂直时，可观察到等厚干涉的直线条纹。21sG1G2M1M2§13.5迈克耳逊干涉仪一.迈克耳逊干涉仪63 迈克耳逊干涉仪64 随着M1’和M2距离的变化，会产生条纹移动和“吞吐”现象65 迈克耳逊干涉仪有着广泛的用途,如精密测量长度、测介质的折射率、检查光学元件的质量和测定光谱精细结构等。每当M1移动/2,光线1、2的光程差就改变一个，视场中就会看见一条条纹移过。如果看见N条条纹移过，则反射镜M1移动的距离是21sG1G2M1M266 解(1)=2(n-1)e;(2)能否用下式求解：=51538Å应由:=2(n-1)e=7,得：21sG1G2M1M2en例题13.5.1在迈克耳逊干涉仪的一臂中插入一透明薄膜(厚e、n=1.40)，(1)求光线1、2光程差和位相差的改变量；(2)插入时看到7条条纹移过，=5890Å，求薄膜的厚度e=?67 职业教育与职业英语刘鸿章2009.6 我国的职业教育国家重视社会需要职业教育培养目标应用性技能型人才以服务为宗旨、以就业为导向职业教育方针实用为主、应用为目的产学结合职业教育特点行业性 职业院校英语课程教学教学现状费时低效脱离实际需求两种教学目的文化教育技能教育语言的本质--交际工具职业院校英语课程教学目的 英语的特点英语的多样性地区差异用途差异 何谓职业英语欧洲共同体的诞生英语成为共同的工作语言CEFR(CommonEuropeanFrameworkofReferenceforLanguages欧洲语言能力参照共同框架)的诞生和发展专门用途英语(ESP)的研究 职业英语的特点使用范畴程式化固定套语专有语汇 英语课程教学体系教学纲领—《基本要求》/《教学大纲》教学用书—教材、辅助教材、课件教学方法教学检测—形成性、终结性主观、客观非标准化、标准化 职业英语需求共性与个性职业英语的定位以英语为工具从事本职工作我国职业教育的层次:共性与特性不同职业对英语的需求职业院校英语教学的差异适应不同层次英语能力的检测 职业英语考试职业英语考试的宗旨检验教学效果增强社会竞争力体现“双证书”制考试项目的研究与实现几项实施原则社会性考试立足于教学现状标准化自愿原则证书—实现社会认可 职业英语考试设计方案层次设置基准级中级高级考试对象基准级：相当于一般中职教学要求中级：相当于较高的中职教学要求与一般高职教学要求高级：相当于较高的高职教学要求 考核综合语言能力：听、说、读、写、译考核内容：适应工作需要的语言能力强调语言技能的掌握机考与纸考结合体现行业性 职业英语考试细则（一）基准级考核范围:参照《高职基本要求》与《中职教学大纲》交际范围表考核重点:日常交际与职场交际英语技能词汇量范围：1000英语词+100常用交际语句试卷设计：1.听说部分2.阅读部分3.写作部分 职业英语考试细则（二）中级考核范围:参照《高职基本要求》与《中职教学大纲》交际范围表考核重点:日常交际与职场交际英语技能词汇量范围：2000英语词+200常用交际语句试卷设计：1.听说部分2.阅读部分3.写作部分证书：人才市场认可的合格证书 职业英语考试细则（三）高级考核范围:参照《高职基本要求》交际范围表考核重点：职业交际英语为主词汇量范围：4000词试卷设计：笔试：听力部分阅读部分翻译部分写作部分口试：朗读提问与回答翻译（英译汉+汉译英）陈述 几个问题1.本门考试的特点突出职业特色覆盖各职业层次的考试2.自愿参加的社会性考试3.证书：由人才市场认可的机构出具合格证书 谢谢'