光的干涉教學(xué)課件

1、光的干涉光的干涉光的干涉interference of light第1頁，共48頁。光波光 波光矢量光振幅光波是電磁波同一媒質(zhì)中的相對光強第2頁，共48頁?？梢姽?60400630600570500450430真空中波長(nm)頻率( 10 Hz)7.503.955.004.765.266.006.676.98可見光波段第3頁，共48頁。常用單色光源632.8656.3486.1589.3546.1氦-氖激光器鈉 燈汞 燈氫 燈常用單色光源及波長(nm)第4頁，共48頁。光干涉的必要條件相 干 光頻率相同振動方向相同相位差恒定原子自發(fā)輻射的間斷性和相位隨機性,不利于干涉條件的實現(xiàn).光干涉的必要

2、條件第5頁，共48頁。相干光來自 的光為相干光(滿足光干涉條件)來自 的光為非相干光(不滿足光干涉條件)無干涉現(xiàn)象有干涉現(xiàn)象相干光與非相干光第6頁，共48頁。光程媒質(zhì)真空光程光程差與相位差相當(dāng)于在真空中走多少路程？光程第7頁，共48頁。光程差與相位差光程光程差相位差單色點光源第8頁，共48頁。透鏡無附加光程差即各路等光程平面波球面波會聚即各路等光程球面波發(fā)散會聚球面波理想透鏡不產(chǎn)生附加光程差第9頁，共48頁。續(xù)9未插入媒質(zhì) 時，三路光線的光程相等插入 后，經(jīng) 的一路光與其它兩路光之間的光程差均為相位差為第10頁，共48頁。分波面與分振幅分振幅法薄膜單色點光源分波面法獲得相干光的兩類典型方法第1

3、1頁，共48頁。楊氏雙縫干涉分波面干涉兩列相干柱面波的干涉一、楊氏雙縫干涉實驗第12頁，共48頁。條紋間距關(guān)系式條紋間距干涉條紋間距 與的關(guān)系第13頁，共48頁。洛埃鏡實驗二、洛埃鏡分波面干涉半波失損 緊靠鏡端處總是產(chǎn)生暗紋，說明在鏡端處反射光與入射光的相位差為 ，相當(dāng)于光程差 ，稱為 半波損失。第14頁，共48頁。雙面鏡實驗三、菲涅耳雙面鏡分波面干涉第15頁，共48頁。雙棱鏡實驗四、菲涅耳雙棱鏡分波面干涉第16頁，共48頁。分波面法小結(jié)分波面干涉小結(jié)洛埃鏡分波面干涉半波失損條紋間隔楊氏雙縫分波面干涉菲涅耳雙棱鏡分波面干涉菲涅耳雙面鏡分波面干涉第17頁，共48頁。分振幅干涉膜層一、平行平面膜分

4、振幅等傾干涉sin傳播光程差sinsincostgsin分振幅干涉反射光干涉第18頁，共48頁。平行平面膜反射光疏到光密反射光相位有 變特別對正入射或掠入射情況空氣油膜玻璃例一:玻璃例二:空氣玻璃界面反射條件附加相位差附加光程差相同附加相位差附加光程差界面反射條件不同反射光干涉界面反射條件與附加光程差反射條件第19頁，共48頁。總光程差公式明紋暗紋反射條件相同不同反射條件sin平行平面膜反射光干涉的總光程差第20頁，共48頁。平行平面膜透射透射光干涉平行平面膜透射光干涉的總光程差sin反射條件相同不同反射條件注意判斷 :平行平面膜透射光干涉的總光程差sin反射條件相同不同反射條件注意判斷 :s

5、in傳播光程差回憶反射光干涉透射光干涉其中sinsinsinsinsinsin與反射光干涉的 相同第21頁，共48頁。透射附加光程差空氣油膜玻璃例一:玻璃例二:空氣玻璃界面反射條件附加相位差附加光程差相同附加相位差附加光程差界面反射條件不同透射光干涉界面反射條件與附加光程差第22頁，共48頁。等傾干涉條紋sin等傾干涉條紋入射傾角相等的光線經(jīng)平行膜反射（或透射），其相干光的光程差相等，形成同一級干涉條紋。點光源的等傾干涉條紋擴展光源的各套等傾干涉條紋重合（非相干疊加）第23頁，共48頁。平行膜例一空氣油膜玻璃1.哪些波長的可見光在反射中產(chǎn)生相長干涉?2.哪些波長的可見光在透射中產(chǎn)生相長干涉?3

6、.欲使反射光中 =550nm的光產(chǎn)生相消干涉,油膜至少該多厚?白光反射相干光透射相干光算例第24頁，共48頁。續(xù)24反射相長干涉透射相長干涉反射相消干涉minnmnm空氣油膜玻璃1.哪些波長的可見光在反射中產(chǎn)生相長干涉?2.哪些波長的可見光在透射中產(chǎn)生相長干涉?欲使反射光中 550nm的光產(chǎn)生相消干涉,油膜至少該多厚?白光反射相干光透射相干光3.第25頁，共48頁。防反（增透）膜 防熱紅外線反射(增熱紅外線透射) 防可見光反射(增可見光透射)防反射(增透射)介質(zhì)膜應(yīng)用舉例第26頁，共48頁。增反膜反射率無 膜5%玻璃單層增反膜25%玻璃三層增反膜70%玻璃15層增反膜99%玻璃增反射介質(zhì)膜第2

7、7頁，共48頁。多層增反膜例題幾何厚度 與折射率 之積 令三層分別都滿足求各層最小 值 稱為光學(xué)厚度,即各膜層的最小光學(xué)厚度為多層增反射介質(zhì)膜簡例空氣玻璃疏密交替第28頁，共48頁。非平行膜等厚干涉二、非平行膜的等厚干涉豎放肥皂膜空氣劈尖牛 頓 環(huán)第29頁，共48頁。劈尖干涉?zhèn)鞑ス獬滩罡郊庸獬滩钔砼袛嗯飧缮娴目偣獬滩顂in反射條件相同不同反射條件劈尖干涉的光程差干涉條紋在膜面.劈尖角 很小.很遠(yuǎn), 很小.第30頁，共48頁。垂直入射總光程差隨 變.干涉條紋是薄膜等厚點的軌跡.明紋暗紋總光程差反射條件相同不同反射條件非平行膜等厚干涉常用的垂直入射式第31頁，共48頁。劈尖等厚條紋劈尖干涉的等

8、厚干涉條紋兩相鄰條紋間劈尖的厚度差相鄰條紋間距sin很小,sintg第32頁，共48頁。劈尖厚度變化不變,改變厚度,條紋整體隨交棱平移sin很小,tansin第33頁，共48頁。劈尖夾角變化條紋間隔隨 而變sin很小,tansin第34頁，共48頁。劈尖例一玻璃玻璃玻璃玻璃玻璃已知3.0mm充油（ ）后測得2.1mmsin解法提要sin1.055(rad)1.43第35頁，共48頁。劈尖例二暗紋已知A處膜厚暗紋920 (nm)第36頁，共48頁。牛頓環(huán)牛 頓 環(huán) .空氣膜暗紋第37頁，共48頁。牛頓環(huán)例題已知在牛頓環(huán)實驗中589 nm4.00 mm6.00 mm暗環(huán)聯(lián)立解得解法提要6.79 m

9、第38頁，共48頁。邁克耳孫干涉儀分束玻片補償玻片反射鏡反射鏡觀察屏入射光線邁克耳孫干涉儀邁克耳孫干涉儀第39頁，共48頁。等傾和等厚光路等傾干涉光路相當(dāng)于平行平面空氣膜干涉等厚干涉光路相當(dāng)于空氣劈尖干涉第40頁，共48頁。吐級與 之間的平行空氣膜產(chǎn)生的等傾干涉條紋若 平移 d 使空氣膜加厚時吐出了 N 級條紋. 則加厚時吐出第41頁，共48頁。吞級若 平移 d 使空氣膜減薄時吞進(jìn)了 N 級條紋. 則減薄時吞進(jìn)第42頁，共48頁。移級與 構(gòu)成的空氣劈尖產(chǎn)生的等厚干涉條紋平移d,條紋右移(或左移)N級.第43頁，共48頁。多個相干點源干涉多個相干點光源的干涉sin相鄰兩光線的光程差相應(yīng)的相位差s

10、inN 個初相相同的相干點光源第44頁，共48頁。主極大與次極大sin相鄰兩光線在 P 點的相位差設(shè)各光線在 P 點的振幅大小均為用旋轉(zhuǎn)矢量法求 N 個振動的合成振幅大小先粗略了解隨 的變化概貌同向疊加（主極大）自行封閉同向疊加（主極大）（主極大）同向疊加自行封閉自行封閉同向疊加（主極大）（次極大）位于相鄰兩零值間第45頁，共48頁。合成振幅公式各旋轉(zhuǎn)矢量的垂直平分線的公共交點sin與 的普遍關(guān)系sinsinsinsinsin相鄰兩光線的相位差當(dāng)同向疊加。用羅彼塔法則得當(dāng)旋矢自行封閉主極大 在兩個相鄰的主極大之間，存在 個 ，從而存在 個次極大（處于每兩相鄰零值位置的中間）。據(jù)此可應(yīng)用 公式算出次極大的幅值，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng) N 增大時，次極大相對于主極大迅速變小。 設(shè)相干點光源的強度相同，而且 已給定，隨 N 的增大，屏幕上主極大處的條紋越清晰明