1、光源發光特性1 光源的發光特性一. 光源（light source） 光源的最基本發光單元是分子、原子 = (E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射波列波列長L = c光源冷光源：利用化學能、電能、光能發光。熱光源：利用熱能發光；下頁退出返回2光源發光特性1. 普通光源：自發輻射獨立(不同原子發的光)獨立(同一原子先后發的光)2. 激光光源：受激輻射 = (E2-E1)/hE1E2完全一樣(頻率,位相,振動方向,傳播方向)獨立指：前后發光間隔 頻率（對非單色光源） 相位關系 振動方向 傳播方向上頁下頁退出返回3光源發光特性 當復色光通過三棱鏡時，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，因此復色光中不同頻率的光將按不同的折射角分開，形成光譜。這種現象稱為色散。單色光的獲得：復色光狹縫分析復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。 由各種不同頻率復合的光稱為復色光。上頁下頁退出返回4光源發光特性三. 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)振動方向相同相干條件(1)加強條件 p點兩振動同相時加強-相長干涉 = 2m (m = 0，1，2，)(2)減弱條件 p點兩振動反相時減弱-相消干涉 = (2m +1) (m = 0，1，2，) 上頁下頁退出返回5光源發光特性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 *上頁下頁退出返回楊氏雙縫實驗菲涅耳雙鏡實驗洛埃鏡實驗薄膜的干涉劈尖的干涉牛頓環6光源發光特性2 雙縫干涉 一.楊氏雙縫干涉pr1r2xx0 xIxxDdo上頁下頁退出返回紫黃紅白d ，D d (d 10 -4m, D m)7光源發光特性上頁下頁退出返回Pr1r2xxDdo波程差：1. 波程差8光源發光特性相位差：2. 明紋3. 暗紋 波程差：4. 條紋間距上頁下頁退出返回9光源發光特性(1) 一系列平行的明暗相間的條紋； (3) 中間級次低；明紋: k ，k =0,1,2,3(整數級)暗紋: (2k+1)/2, k =0,1,2,3(整數級) (4)5. 條紋特點：(2)

4、 x不太大時條紋等間距；某條紋級次 = 該條紋相應的 (r2-r1)/上頁下頁退出返回10光源發光特性例1：在楊氏雙縫干涉實驗中，設兩縫間距離,屏與縫之間距離D=100cm，試求：（1）以波長為589010-10 m的單色光照射，第10級明條紋離開中央明條紋的距離；（2）第10級干涉明條紋的寬度；（3）以白色光照射時，屏幕上出現彩色干涉條紋，求第2級光譜的寬度。上頁下頁退出返回Pr1r2xxDdo11光源發光特性解：如圖，兩相干光的光程差： 則任一級明條紋離開中央明紋的距離（1）明條紋的光程差滿足：取k=10，Pr1r2xxDdo上頁下頁退出返回12光源發光特性（2）第10級明條紋的寬度，則為

5、第9級和第10級暗條紋之間的距離，由暗條紋公式可知：任一級暗條紋離開中央明條紋的距離：上頁下頁退出返回13光源發光特性（3）因為白色光是由許多波長不同的單色光組成的復色光，各單色光干涉條紋離開中央明條紋的距離各不相同，x與波長成正比，則所以在同一級干涉光譜中，紫色光比紅色光靠近中央明條紋，離開中央明條紋的排列次序為紫、藍、青、綠、黃、橙、紅。第2級譜線寬度取k=2，有： ， 上頁下頁退出返回第2級譜線寬度14光源發光特性7. 洛埃鏡實驗6. 菲涅耳雙鏡實驗上頁下頁退出返回15光源發光特性3 光程和光程差一. 光程、光程差dababndn媒質 n媒質中波長光程 : L = nd 真空中波長上頁下

6、頁退出返回媒質中真空中16光源發光特性n1n2nmd1d2dm光程差 ： = L2 - L1例2：求P點處兩列光波的相位差。S1S2r1r2dnp解: 相位差和光程差的關系：光程 L = ( ni di )上頁下頁退出返回17光源發光特性Pr1r2xxDdo上頁下頁退出返回例3：例1中，(1) 若把此雙縫實驗裝置放到水中進行，則屏幕上干涉條紋如何變化？解：在水中時光程差為：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光源發光特性 解:設空氣折射率為n1,由r1，r2發出的光到達P點時光程差為：光程差的改變量： 每移動一個條紋，光程差改變一個波長，有： Pr1r2xxDd

7、o未放云母片：放入云母片：上頁下頁退出返回(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20條，則云母片折射率為多少？(空氣折射率 )19光源發光特性二.使用透鏡不會產生附加光程差SacbS 物點到象點各光線之間的光程差為零上頁下頁退出返回20光源發光特性4 劈尖的干涉 牛頓環一. 劈尖（劈形膜）夾角很小的兩個平面所構成的薄膜ennn A反射光2反射光1單色平行光(設n n )S12上頁下頁退出返回21光源發光特性ennnA反射光2反射光1入射光(單色平行光垂直入射)(設n n )A: 1、2的光程差光程差可簡化為圖示情況計算。實際應用中,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在膜面的上頁下頁退出返回 光從光疏媒質射到光密媒質界面反射時，反射光有量值為的相位突變，即在反射過程中損失了半個波長。這種現象稱半波損失。22光源發光特性Leekek+1明紋暗紋條紋間距上頁下頁退出返回明紋：暗紋：同一厚度e對應同一級條紋 等厚條紋光程差23光源發光特性Leekek+1明紋暗紋兩式相減上頁下頁退出返回求：24光源發光特性二. 牛頓環 .S分束鏡M顯微鏡oerR平晶平凸透鏡暗環 o 牛頓環裝置簡圖平凸透鏡平晶光程差：(1)(k=1,2,)(2)明環：(k=0,1,2,)暗環：上頁下頁退出返回25光源發光特性第k個明環半徑 第k個暗環

9、半徑(k=1,2,)(k=0,1,2,)明環：暗環：上頁下頁退出返回erR平晶平凸透鏡暗環 o26光源發光特性三. 等厚條紋的應用1. 劈尖的應用 測波長：已知、n，測L可得 測折射率：已知、，測L可得n 測細小直徑、厚度、微小變化h待測塊規標準塊規平晶 測表面不平度等厚條紋待測工件平晶上頁下頁退出返回27光源發光特性2. 牛頓環的應用測透鏡球面的半徑R： 已知 , 測 m、rk+m、rk，可得R 。測波長： 已知R，測出m 、rk+m、rk， 可得。 檢驗透鏡球表面質量標準驗規待測透鏡暗紋上頁下頁退出返回 暗環半徑(明環亦有此式）28光源發光特性5 薄膜的干涉 ennn ni rA21一、光

10、束1、2的光程差：BS D C上頁下頁退出返回得29光源發光特性二、明紋三、暗紋上頁下頁退出返回傾角i 相同的光線對應同一條干涉條紋 等傾條紋。30光源發光特性L fPo r環 ennn niSiii 上頁下頁退出返回四、等傾條紋1 形狀:一系列同心圓環3 條紋級次分布: e一定，5 波長對條紋的影響:4 膜厚變化時,條紋的移動：2 條紋間隔分布: 內疏外密31光源發光特性例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級明紋。已知薄膜的折射率。（1）試問這是等厚干涉還是等傾干涉，有哪兩條光線產生干涉？（2）求此薄膜的厚度e。（

11、3）此厚度能看到的最高級次？解：（1）因為厚度均勻，而對應不同入射角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。當光線照射到薄膜上時，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生干涉，形成等傾干涉條紋，即為明暗相間的同心圓。 上頁下頁退出返回32光源發光特性因為其中光線在反射時有半波損失，而光線無半波損失，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：對明條紋：當i=60時，看到第10級明條紋取k=10， 上頁下頁退出返回33光源發光特性（3）看到明條紋的最高級次 由上式可知在等傾干涉中i減少k 增

12、大 ，當i=0時，k為最大值 。即能看到最高級次為第13級明紋。上頁下頁退出返回34光源發光特性例5：在某些光學玻璃上，鍍上一層薄膜后可以增強反射，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膜。在鍍膜的過程中用波長=600nm 的單色光，從上方垂直照射到介質膜上。當介質膜的厚度逐漸增加時，透射光的強度發生時強時弱的變化。試問，當觀察到透射光強度第三次出現最弱時，介質膜已鍍了多厚？ 解：在薄膜上、下表面的 兩束反射光束 、 所示的光程差：上頁下頁退出返回35光源發光特性因為透射光第三次出現最弱，相應于反射光第三次出現最強，所以干涉級k取3，這時膜的厚度： 透射光減弱相當于反射光加強，所以有：（k=1,2,3,）上頁下頁退出返回36光源發光特性6 邁克耳遜干涉儀一. 儀器結構、光路二 . 工作原理光束2和1發生干涉 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，干涉條移過N條，則有：三. 應用：微小位移測量測折射率M12211S半透半反膜