光源發(fā)光特性

1、光源發(fā)光特性1 光源的發(fā)光特性一. 光源（light source） 光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子 = (E2-E1)/hE1E2能級(jí)躍遷輻射波列波列長(zhǎng)L = c光源冷光源：利用化學(xué)能、電能、光能發(fā)光。熱光源：利用熱能發(fā)光；下頁(yè)退出返回2光源發(fā)光特性1. 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)2. 激光光源：受激輻射 = (E2-E1)/hE1E2完全一樣(頻率,位相,振動(dòng)方向,傳播方向)獨(dú)立指：前后發(fā)光間隔 頻率（對(duì)非單色光源） 相位關(guān)系 振動(dòng)方向 傳播方向上頁(yè)下頁(yè)退出返回3光源發(fā)光特性 當(dāng)復(fù)色光通過(guò)三棱鏡時(shí)，由于不同頻率的光在玻璃中的傳播速度各不相同，折射率

2、也不同，因此復(fù)色光中不同頻率的光將按不同的折射角分開(kāi)，形成光譜。這種現(xiàn)象稱為色散。單色光的獲得：復(fù)色光狹縫分析復(fù)色光濾光鈉光光源二. 光的單色性 具有單一頻率的光稱為單色光。 由各種不同頻率復(fù)合的光稱為復(fù)色光。上頁(yè)下頁(yè)退出返回4光源發(fā)光特性三. 光的相干性 1. 兩列光波的疊加p12r1r2(1)頻率相同(2)有恒定的相位差(3)振動(dòng)方向相同相干條件(1)加強(qiáng)條件 p點(diǎn)兩振動(dòng)同相時(shí)加強(qiáng)-相長(zhǎng)干涉 = 2m (m = 0，1，2，)(2)減弱條件 p點(diǎn)兩振動(dòng)反相時(shí)減弱-相消干涉 = (2m +1) (m = 0，1，2，) 上頁(yè)下頁(yè)退出返回5光源發(fā)光特性2.普通光源獲得相干光的途徑pS *分波面

3、法分振幅法p薄膜S *上頁(yè)下頁(yè)退出返回楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)菲涅耳雙鏡實(shí)驗(yàn)洛埃鏡實(shí)驗(yàn)薄膜的干涉劈尖的干涉牛頓環(huán)6光源發(fā)光特性2 雙縫干涉 一.楊氏雙縫干涉pr1r2xx0 xIxxDdo上頁(yè)下頁(yè)退出返回紫黃紅白d ，D d (d 10 -4m, D m)7光源發(fā)光特性上頁(yè)下頁(yè)退出返回Pr1r2xxDdo波程差：1. 波程差8光源發(fā)光特性相位差：2. 明紋3. 暗紋 波程差：4. 條紋間距上頁(yè)下頁(yè)退出返回9光源發(fā)光特性(1) 一系列平行的明暗相間的條紋； (3) 中間級(jí)次低；明紋: k ，k =0,1,2,3(整數(shù)級(jí))暗紋: (2k+1)/2, k =0,1,2,3(整數(shù)級(jí)) (4)5. 條紋特點(diǎn)：(2)

4、 x不太大時(shí)條紋等間距；某條紋級(jí)次 = 該條紋相應(yīng)的 (r2-r1)/上頁(yè)下頁(yè)退出返回10光源發(fā)光特性例1：在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，設(shè)兩縫間距離,屏與縫之間距離D=100cm，試求：（1）以波長(zhǎng)為589010-10 m的單色光照射，第10級(jí)明條紋離開(kāi)中央明條紋的距離；（2）第10級(jí)干涉明條紋的寬度；（3）以白色光照射時(shí)，屏幕上出現(xiàn)彩色干涉條紋，求第2級(jí)光譜的寬度。上頁(yè)下頁(yè)退出返回Pr1r2xxDdo11光源發(fā)光特性解：如圖，兩相干光的光程差： 則任一級(jí)明條紋離開(kāi)中央明紋的距離（1）明條紋的光程差滿足：取k=10，Pr1r2xxDdo上頁(yè)下頁(yè)退出返回12光源發(fā)光特性（2）第10級(jí)明條紋的寬度，則為

5、第9級(jí)和第10級(jí)暗條紋之間的距離，由暗條紋公式可知：任一級(jí)暗條紋離開(kāi)中央明條紋的距離：上頁(yè)下頁(yè)退出返回13光源發(fā)光特性（3）因?yàn)榘咨馐怯稍S多波長(zhǎng)不同的單色光組成的復(fù)色光，各單色光干涉條紋離開(kāi)中央明條紋的距離各不相同，x與波長(zhǎng)成正比，則所以在同一級(jí)干涉光譜中，紫色光比紅色光靠近中央明條紋，離開(kāi)中央明條紋的排列次序?yàn)樽稀⑺{(lán)、青、綠、黃、橙、紅。第2級(jí)譜線寬度取k=2，有： ， 上頁(yè)下頁(yè)退出返回第2級(jí)譜線寬度14光源發(fā)光特性7. 洛埃鏡實(shí)驗(yàn)6. 菲涅耳雙鏡實(shí)驗(yàn)上頁(yè)下頁(yè)退出返回15光源發(fā)光特性3 光程和光程差一. 光程、光程差dababndn媒質(zhì) n媒質(zhì)中波長(zhǎng)光程 : L = nd 真空中波長(zhǎng)上頁(yè)下

6、頁(yè)退出返回媒質(zhì)中真空中16光源發(fā)光特性n1n2nmd1d2dm光程差 ： = L2 - L1例2：求P點(diǎn)處兩列光波的相位差。S1S2r1r2dnp解: 相位差和光程差的關(guān)系：光程 L = ( ni di )上頁(yè)下頁(yè)退出返回17光源發(fā)光特性Pr1r2xxDdo上頁(yè)下頁(yè)退出返回例3：例1中，(1) 若把此雙縫實(shí)驗(yàn)裝置放到水中進(jìn)行，則屏幕上干涉條紋如何變化？解：在水中時(shí)光程差為：所以明條紋位置和寬度分別為： ，所以x， 變小，干涉條紋將變密。18光源發(fā)光特性 解:設(shè)空氣折射率為n1,由r1，r2發(fā)出的光到達(dá)P點(diǎn)時(shí)光程差為：光程差的改變量： 每移動(dòng)一個(gè)條紋，光程差改變一個(gè)波長(zhǎng)，有： Pr1r2xxDd

7、o未放云母片：放入云母片：上頁(yè)下頁(yè)退出返回(2) 在r1光路中放上厚為l，折射率為n的很薄的透明云母片，觀察到屏幕上條紋移過(guò)20條，則云母片折射率為多少？(空氣折射率 )19光源發(fā)光特性二.使用透鏡不會(huì)產(chǎn)生附加光程差SacbS 物點(diǎn)到象點(diǎn)各光線之間的光程差為零上頁(yè)下頁(yè)退出返回20光源發(fā)光特性4 劈尖的干涉 牛頓環(huán)一. 劈尖（劈形膜）夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜ennn A反射光2反射光1單色平行光(設(shè)n n )S12上頁(yè)下頁(yè)退出返回21光源發(fā)光特性ennnA反射光2反射光1入射光(單色平行光垂直入射)(設(shè)n n )A: 1、2的光程差光程差可簡(jiǎn)化為圖示情況計(jì)算。實(shí)際應(yīng)用中,大都是平行光垂直入

8、射到劈尖上。考慮到劈尖夾角極小, 反射光1、 2在膜面的上頁(yè)下頁(yè)退出返回 光從光疏媒質(zhì)射到光密媒質(zhì)界面反射時(shí)，反射光有量值為的相位突變，即在反射過(guò)程中損失了半個(gè)波長(zhǎng)。這種現(xiàn)象稱半波損失。22光源發(fā)光特性Leekek+1明紋暗紋條紋間距上頁(yè)下頁(yè)退出返回明紋：暗紋：同一厚度e對(duì)應(yīng)同一級(jí)條紋 等厚條紋光程差23光源發(fā)光特性Leekek+1明紋暗紋兩式相減上頁(yè)下頁(yè)退出返回求：24光源發(fā)光特性二. 牛頓環(huán) .S分束鏡M顯微鏡oerR平晶平凸透鏡暗環(huán) o 牛頓環(huán)裝置簡(jiǎn)圖平凸透鏡平晶光程差：(1)(k=1,2,)(2)明環(huán)：(k=0,1,2,)暗環(huán)：上頁(yè)下頁(yè)退出返回25光源發(fā)光特性第k個(gè)明環(huán)半徑 第k個(gè)暗環(huán)

9、半徑(k=1,2,)(k=0,1,2,)明環(huán)：暗環(huán)：上頁(yè)下頁(yè)退出返回erR平晶平凸透鏡暗環(huán) o26光源發(fā)光特性三. 等厚條紋的應(yīng)用1. 劈尖的應(yīng)用 測(cè)波長(zhǎng)：已知、n，測(cè)L可得 測(cè)折射率：已知、，測(cè)L可得n 測(cè)細(xì)小直徑、厚度、微小變化h待測(cè)塊規(guī)標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)平晶 測(cè)表面不平度等厚條紋待測(cè)工件平晶上頁(yè)下頁(yè)退出返回27光源發(fā)光特性2. 牛頓環(huán)的應(yīng)用測(cè)透鏡球面的半徑R： 已知 , 測(cè) m、rk+m、rk，可得R 。測(cè)波長(zhǎng)： 已知R，測(cè)出m 、rk+m、rk， 可得。 檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)待測(cè)透鏡暗紋上頁(yè)下頁(yè)退出返回 暗環(huán)半徑(明環(huán)亦有此式）28光源發(fā)光特性5 薄膜的干涉 ennn ni rA21一、光

10、束1、2的光程差：BS D C上頁(yè)下頁(yè)退出返回得29光源發(fā)光特性二、明紋三、暗紋上頁(yè)下頁(yè)退出返回傾角i 相同的光線對(duì)應(yīng)同一條干涉條紋 等傾條紋。30光源發(fā)光特性L fPo r環(huán) ennn niSiii 上頁(yè)下頁(yè)退出返回四、等傾條紋1 形狀:一系列同心圓環(huán)3 條紋級(jí)次分布: e一定，5 波長(zhǎng)對(duì)條紋的影響:4 膜厚變化時(shí),條紋的移動(dòng)：2 條紋間隔分布: 內(nèi)疏外密31光源發(fā)光特性例4：用入射光=500nm的光照射在厚度均勻的透明塑料薄膜上，若在反射角為60的位置上看到明條紋，此明條紋為第10級(jí)明紋。已知薄膜的折射率。（1）試問(wèn)這是等厚干涉還是等傾干涉，有哪兩條光線產(chǎn)生干涉？（2）求此薄膜的厚度e。（

11、3）此厚度能看到的最高級(jí)次？解：（1）因?yàn)楹穸染鶆颍鴮?duì)應(yīng)不同入射角i，得到不同干涉條紋，同一傾角有同一條干涉條紋，所以是等傾干涉。當(dāng)光線照射到薄膜上時(shí)，在膜的上表面有反射光線，在膜的下表面有反射光線，此兩條光線為相干光而產(chǎn)生干涉，形成等傾干涉條紋，即為明暗相間的同心圓。 上頁(yè)下頁(yè)退出返回32光源發(fā)光特性因?yàn)槠渲泄饩€在反射時(shí)有半波損失，而光線無(wú)半波損失，所以有附加光程差；n2為膜的折射率，n1為空氣的折射率（取為1）。 （2）此兩束光線的光程差：對(duì)明條紋：當(dāng)i=60時(shí)，看到第10級(jí)明條紋取k=10， 上頁(yè)下頁(yè)退出返回33光源發(fā)光特性（3）看到明條紋的最高級(jí)次 由上式可知在等傾干涉中i減少k 增

12、大 ，當(dāng)i=0時(shí)，k為最大值 。即能看到最高級(jí)次為第13級(jí)明紋。上頁(yè)下頁(yè)退出返回34光源發(fā)光特性例5：在某些光學(xué)玻璃上，鍍上一層薄膜后可以增強(qiáng)反射，稱為增反膜。在折射率為的玻璃上，鍍上一層折射率為的透明介質(zhì)膜。在鍍膜的過(guò)程中用波長(zhǎng)=600nm 的單色光，從上方垂直照射到介質(zhì)膜上。當(dāng)介質(zhì)膜的厚度逐漸增加時(shí)，透射光的強(qiáng)度發(fā)生時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的變化。試問(wèn)，當(dāng)觀察到透射光強(qiáng)度第三次出現(xiàn)最弱時(shí)，介質(zhì)膜已鍍了多厚？ 解：在薄膜上、下表面的 兩束反射光束 、 所示的光程差：上頁(yè)下頁(yè)退出返回35光源發(fā)光特性因?yàn)橥干涔獾谌纬霈F(xiàn)最弱，相應(yīng)于反射光第三次出現(xiàn)最強(qiáng)，所以干涉級(jí)k取3，這時(shí)膜的厚度： 透射光減弱相當(dāng)于反射光加強(qiáng)，所以有：（k=1,2,3,）上頁(yè)下頁(yè)退出返回36光源發(fā)光特性6 邁克耳遜干涉儀一. 儀器結(jié)構(gòu)、光路二 . 工作原理光束2和1發(fā)生干涉 若M1、M2平行 等傾條紋 若M1、M2有小夾角 等厚條紋十字叉絲等厚條紋若M1平移d 時(shí)，干涉條移過(guò)N條，則有：三. 應(yīng)用：微小位移測(cè)量測(cè)折射率M12211S半透半反膜