大學(xué)基礎(chǔ)物理電子教案：21光的干涉

1、第21章 光的干涉,習(xí)題課,21.1 光源及光波的相干條件,21.5 光波的空間相干性和時(shí)間相干性,21.2 分波面兩光束干涉,21.3 分振幅薄膜干涉,21.4 邁克爾遜干涉儀,第21章 光的干涉,卷首頁,大學(xué)基礎(chǔ)物理（3）電子教案,21.1.1 引言,1).微粒說與波動(dòng)說之爭(zhēng),牛 頓,惠更斯,1850年5月6日，F(xiàn)oucault的實(shí)驗(yàn)證明,章首頁,21.1 光波的相干條件,21.1 光源及光波的相干條件,1.光的本質(zhì),2.光學(xué)分類,幾何光學(xué),物理光學(xué) 波動(dòng)光學(xué)、量子光學(xué),現(xiàn)代光學(xué) 激光、全息光學(xué)、非線性光學(xué)、付,2).過程,里葉光學(xué)、光信息、光通訊,章首頁,21.1 光源及光波的相干條件,

2、21.1.2 光源,1.光源的分類,激光光源,普通光源 冷光源、熱光源,2.熱光源發(fā)光特點(diǎn),各原子或分子發(fā)出的波列彼此 完全獨(dú)立,原子或分子發(fā)光是間歇的,章首頁,21.1 光源及光波的相干條件,3.熱光源一般不能作為相干光源,4.相干光源的獲得方法,波面分割法,振幅分割法,振動(dòng)面分割法,5.光矢量(或光振動(dòng),章首頁,21.1 光源及光波的相干條件,21.1.3 同振向同頻率兩列單色,1.合成波波動(dòng)方程,平面波的迭加,章首頁,21.1 光源及光波的相干條件,2.光強(qiáng)和平均光強(qiáng)的分布規(guī)律,21.1.4 相干迭加和相干條件,1.非相干迭加,章首頁,21.1 光源及光波的相干條件,2.相干迭加,章首頁

3、,21.1 光源及光波的相干條件,3.相干條件,兩光波在相遇點(diǎn)的光程差不能太大,兩光波在相遇點(diǎn)所產(chǎn)生的,2)補(bǔ)充條件,1)必要條件：頻率相同的兩光波在,相遇點(diǎn)有相同的振向和恒定的位相差,光振動(dòng)的振幅相差不太大,章首頁,21.1 光源及光波的相干條件,21.2 分波面兩光束干涉,21.2.1 歷史上獲得相干光的著名方法,1.楊氏雙縫,2.菲涅爾雙面鏡,3.洛埃德鏡,章首頁,21.2 分波面兩光束干涉,21.2.2 干涉條紋的分布規(guī)律,1.相干性分析,先分析S為一個(gè)原子,再考慮S為多個(gè)原子,的情形,的情形,以楊氏為例,章首頁,21.2 分波面兩光束干涉,2.干涉條紋的分布規(guī)律,3.明紋寬度和暗紋寬

4、度,明紋寬度和暗紋寬度相等，與級(jí)數(shù)k無關(guān),4.條紋分布特征,章首頁,21.2 分波面兩光束干涉,反映的是光波空間的周期性,一般的，2a在mm量級(jí)以下，D在m量級(jí)以下,3.洛埃德鏡中的半波損失,干涉放大為光強(qiáng)分布空間的周期性,由x間接測(cè)出,x反映的是干涉場(chǎng)中光強(qiáng)分布的空間周期性, 可通過,章首頁,21.2 分波面兩光束干涉,21.3.1 光程和光程差,1.光程概念的引入,不同的介質(zhì)，則,在真空中,在介質(zhì)中,21.3 分振幅薄膜干涉,21.3 分振幅薄膜干涉,在位相改變相同的條件下，nx可認(rèn)為是光在真空,中所經(jīng)過的幾何路程，稱為光程，用表示。若光通過,章首頁,作業(yè)(2,習(xí)題:19,24,28,30

5、,預(yù)習(xí): 21.4,2.薄透鏡不產(chǎn)生附加光程差,薄透鏡 光心 主光軸 付光軸,主焦點(diǎn) 付焦點(diǎn) 焦平面,透鏡可改變光線傳播方向,在光路中放入薄透鏡不會(huì),引起附加光程差,章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,21.3.2 薄膜干涉概述,各反射光線與入,相對(duì)光強(qiáng),3,2,1,反射光線,1.相干性分析,射光線的相對(duì)光強(qiáng),章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,2.求光程差,3.有關(guān)問題的說明,2的符號(hào)選擇和k值范圍的確定,透射光1和2的和n2n1時(shí)反射透射的,光程和光程差 薄膜干涉概述 =f(i);f();f(e,章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,21.3.3 =f(i)薄膜的等傾,k與i有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,1.單

6、色點(diǎn)光源產(chǎn)生的等傾,2.單色面光源產(chǎn)生的等傾干涉條紋,干涉條紋,干涉條紋,怎樣形成的？ 請(qǐng)點(diǎn)擊動(dòng)畫1,請(qǐng)點(diǎn)擊動(dòng)畫2,章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,3.等傾干涉條紋的定量分析,1)干涉條件,2)相鄰干涉圓環(huán)對(duì)應(yīng)傾角的變化,章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,3)討論,“-”表明,非間等距,膜越厚，條紋越密,膜的折射率越高，條紋越密,章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,21.3.4 =f()-復(fù)色面光源的薄膜干涉條紋,k與有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,例,利用薄膜干涉可測(cè)定膜的厚度和折,率（增透膜)或反射率（高反膜）等,射率、光的波長、提高光學(xué)器件的透射,章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,21.3.5 =f(e

7、)-等厚干涉條紋,k與e有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,1.等厚干涉圖樣的位置分析,2.劈尖,1)干涉條件,章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,3）兩個(gè)重要結(jié)果,4) 應(yīng)用,檢測(cè)表面光平程度(圖,2）條紋形狀,章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,3.牛頓環(huán),1)干涉條件同劈尖,2）牛頓環(huán)裝置,3）條紋形狀,1.4,章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,明環(huán)半徑公式,暗環(huán)半徑公式,證明提示,3)應(yīng)用,測(cè),檢驗(yàn)透鏡表面質(zhì)量,兩個(gè)重要公式,章首頁,21.3 分振幅薄膜干涉,裝置 條紋的觀察 用途,21.4.1 干涉儀的裝置,21.4 邁克爾遜干涉儀,章首頁,21.4 邁克爾遜干涉儀,21.

8、4.2 等傾等厚條紋的觀察,1.光路分析,2.光程分析,章首頁,21.4 邁克爾遜干涉儀,裝置 條紋的觀察 用途,3.等傾和等厚干涉條紋的控制,觀察等,與 不嚴(yán)格平,行時(shí)，可觀察等厚,傾干涉條紋,干涉條紋,章首頁,21.4 邁克爾遜干涉儀,裝置 條紋的觀察 用途,21.4.3 干涉儀的用途,2.測(cè)的原理,3.測(cè)t(或n)的原理,視場(chǎng)中的干涉條紋分布發(fā)生改變,章首頁,21.4 邁克爾遜干涉儀,裝置 條紋的觀察 用途,21.5 光波的空間相干性和時(shí)間相干性,21.5 光波的空間相干性和,21.5.1 干涉條紋的可見度,21.5.2 光波的空間相干性,圖21.25 光源寬度對(duì)干涉條紋可見度的影響,21.5 光波的空間相干性和,干涉條紋可見度不為零的條件是,即光源縫寬度,對(duì)于給定寬度的縫光源，兩縫間,沿波線垂直方向上，并不是任意兩處的光都能產(chǎn)生干涉,圖21.26 擴(kuò)展光源雙縫干涉的光強(qiáng)分布,距離應(yīng)滿足,21.5.3 光波的