大學(xué)物理光的干涉課件

14.1光的電磁理論光的相干性14.2分波陣面干涉*空間相干性14.3分振幅干涉薄膜的等厚與等傾干涉14.4邁克爾遜干涉儀*時(shí)間相干性14.5多光束干涉第十四章光的干涉14.1光的電磁理論光的相干性第十四章光的干1牛頓的微粒說(shuō)：光是由光源發(fā)出的微粒流?；莞沟牟▌?dòng)說(shuō)：光是一種波動(dòng)。1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊首先利用雙縫實(shí)驗(yàn)觀察到了光的干涉條紋，從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了光的波動(dòng)性。1865年，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋從他的電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在，并認(rèn)為光就是一種電磁波。牛頓的微粒說(shuō)：惠更斯的波動(dòng)說(shuō)：光是一種波動(dòng)。1801年，英國(guó)214.1.1光的電磁理論電磁波譜

可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍

390nm～760nm

14.1光的電磁理論光的相干性14.1.1光的電磁理論電磁波譜可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍143電場(chǎng)強(qiáng)度的振動(dòng)方向稱(chēng)為光的振動(dòng)方向。由于對(duì)人眼和感光器件起光化學(xué)作用的是電場(chǎng)光波的振動(dòng)方向：光波是特定頻率范圍內(nèi)的電磁波光矢量：光波中的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的周期性變化光振動(dòng)：電場(chǎng)強(qiáng)度的振動(dòng)方向稱(chēng)為光的振動(dòng)方向。由于對(duì)人眼和感光器件起光4普通光源：普通光源的發(fā)光機(jī)制：14.1.2普通光源的發(fā)光機(jī)理除激光源之外的各種發(fā)光物體；其發(fā)光機(jī)制是自發(fā)輻射處在基態(tài)的電子處在激發(fā)態(tài)的電子原子模型普通光源：普通光源的發(fā)光機(jī)制：14.1.2普通光源的發(fā)5P21普通光源的發(fā)光機(jī)制原子能級(jí)及發(fā)光躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)躍遷自發(fā)輻射波列波列長(zhǎng)L隨機(jī)性：間歇性：各原子發(fā)光是斷斷續(xù)續(xù)的，平均發(fā)光時(shí)間t

約為10-8s，所發(fā)出的是一段長(zhǎng)為

L=ct

的光波列。每次發(fā)光是隨機(jī)的，所發(fā)出各波列的振動(dòng)方向和振動(dòng)初相位都不相同。P21普通光源的發(fā)光機(jī)制原子能級(jí)及發(fā)光躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)躍遷自發(fā)6獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)兩獨(dú)立光源發(fā)出的兩束光不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象把同一波列設(shè)法分成兩部分所獲得的兩列光波才是相干光如何獲得相干光？？？復(fù)制相干光獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光)tS獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)兩獨(dú)立光源發(fā)出的兩束光不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象把7獲取相干光的方法之一：分波陣面法利用普通光源獲得相干光的基本原理：把由光源上同一點(diǎn)發(fā)的光分為兩部分，然后再使這兩部分疊加起來(lái)由于這兩部分光的相應(yīng)部分實(shí)際上都是來(lái)自同一發(fā)光原子的同一次發(fā)光，因而滿足相干條件而成為相干光。p

*分波陣面法s由狹縫S發(fā)出的同一波陣面的光同時(shí)到達(dá)狹縫1和2，1和2相當(dāng)于兩個(gè)子波源。因它們發(fā)出的光來(lái)自于同一波陣面，因而是相干光。波陣面：等相面惠更斯原理（惠更斯作圖法)狹縫：理論上無(wú)限小空間相干性獲取相干光的方法之一：分波陣面法利用普通光源獲得相干光的基本8獲取相干光的方法之二：分振幅法擴(kuò)展光源的干涉：兩條光線是從同一條入射線分出來(lái)的，所以它們一定是相干光光的能流與其振幅平方成正比，所以這種干涉稱(chēng)為分振幅干涉獲取相干光的方法之二：分振幅法擴(kuò)展光源的干涉：兩條光線是從同9同頻率、同振動(dòng)方向兩列光波14.1.3光波疊加和相干同頻率、同振動(dòng)方向兩列光波14.1.3光波疊加和相干10P點(diǎn)的光強(qiáng)度I：P點(diǎn)的光強(qiáng)度I：11P點(diǎn)的光強(qiáng)度I：平均光強(qiáng)：（1）非相干光P點(diǎn)的光強(qiáng)度I：平均光強(qiáng)：（1）非相干光12（2）相干光平均光強(qiáng)：▲

(k=0,1,2,3…)▲

(k=0,1,2,3…)P點(diǎn)光強(qiáng)度：干涉相長(zhǎng)（亮）干涉相消（暗）（2）相干光平均光強(qiáng)：▲(k=0,1,2,3…)▲13IImaxImino2-24-4Io2-24-44I1IImaxImino2-24-4Io2-21414.1.4光程光程差相干光源相干光源相干光在相遇點(diǎn)P疊加的合振動(dòng)強(qiáng)度取決于兩分振動(dòng)的相位差如何簡(jiǎn)化？14.1.4光程光程差相干光源相干光源相干光在相15思路：設(shè)法將光在介質(zhì)中傳播的距離折合成光在真空中的距離，折合原則：在引起光波相位改變上等效。介質(zhì)中x距離內(nèi)波數(shù)：真空中同樣波數(shù)占據(jù)的距離介質(zhì)折射率l￠x真空介質(zhì)？結(jié)論：光在折射率為n的介質(zhì)中前進(jìn)x距離引起的相位改變與在真空中前進(jìn)nx距離引起的相位改變相同.思路：設(shè)法將光在介質(zhì)中傳播的距離折合成光在真空中的距離，折合16定義：等效真空程S1S2r1r2n1n2P光程差：等效真空程之差光程差引起的相位差：統(tǒng)一為：光程差真空中波長(zhǎng)定義：等效真空程S1S2r1r2n1n2P光程差：等效真空程17SACLlSBCLl1++3lnl+2l4l)光程+l1+3lnl()12l4l光程差d相位差2rjpldABCllnSl14l3l2l單色點(diǎn)光源SACLlSBCLl1++3lnl+2l4l)光程+l1+318FACBDEOrj0d0LABFEOFLCDFL即各路等光程平面波球面波會(huì)聚ssACOrj0d0ssALOssLCssL即各路等光程球面波發(fā)散會(huì)聚球面波2.理想透鏡不產(chǎn)生附加光程差FACBDEOrj0d0LABFEOFLCDFL即各路等光程19實(shí)驗(yàn)裝置p14.2.1楊氏雙縫干涉光程差14.2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置p14.2.1楊氏雙縫干涉光程差14.220實(shí)驗(yàn)裝置p加強(qiáng)

減弱實(shí)驗(yàn)裝置p加強(qiáng)減弱21暗紋明紋p暗紋明紋p22討論條紋間距明暗條紋的位置白光照射時(shí)，出現(xiàn)彩色條紋暗紋明紋1）條紋間距與的關(guān)系;若變化，則將怎樣變化？一定時(shí)，討論條紋間距明暗條紋的位置白光照射時(shí)，出現(xiàn)彩色條紋暗紋明紋23一定時(shí)，若變化，則將怎樣變化？1）討論條紋間距一定時(shí)，若變化，則2412340(白色）較高級(jí)次上，條紋相互重合以致模糊不清各光的第一級(jí)明條紋各光的第二級(jí)明條紋紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫頻率遞增，波長(zhǎng)遞減12340(白色）較高級(jí)次上，條紋相各光的第一級(jí)明條紋各光的252）

條紋間距與的關(guān)系如何？一定時(shí)，2）條26

例1以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上,雙縫與屏幕的垂直距離為1m.(1)從第一級(jí)明紋到同側(cè)的第四級(jí)明紋的距離為7.5mm,求單色光的波長(zhǎng);(2)若入射光的波長(zhǎng)為600nm,求相鄰兩明紋間的距離.解（1）（2）例1以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫27例：楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)，用透明片遮住上縫，發(fā)現(xiàn)中央明紋向上移動(dòng)了3個(gè)條紋，已知該片折射率為1.4，求該片厚度。利用光的干涉可以測(cè)量與光波波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)的長(zhǎng)度PS1S20123解：例：楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)，用透明片遮住上縫，發(fā)現(xiàn)中央明紋向上移動(dòng)了281菲涅耳雙鏡14.2.2其他分波陣面干涉1菲涅耳雙鏡14.2.2其他分波陣面干涉292勞埃德鏡

半波損失：光從光速較大的介質(zhì)射向光速較小的介質(zhì)時(shí)反射光的相位較之入射光的相位躍變了，相當(dāng)于反射光與入射光之間附加了半個(gè)波長(zhǎng)的波程差，稱(chēng)為半波損失.PML2勞埃德鏡半波損失：光從光速較大30日常生活中常見(jiàn)的彩色肥皂泡水面油層上的彩色條紋昆蟲(chóng)翅膀上的彩色防曬霜…薄膜：均勻的透明介質(zhì)薄層常見(jiàn)薄膜：空氣膜、介質(zhì)膜…14.3分振幅干涉薄膜干涉與等傾干涉日常生活中常見(jiàn)的彩色肥皂泡薄膜：均勻的透明介質(zhì)薄層常見(jiàn)薄膜：31我們假設(shè)一條光線入射到一厚度為e的均勻薄膜上，如下圖所示：2,3兩束光的相干光的光程差為：ASeBCPLγi123D14.3.1薄膜干涉概述我們假設(shè)一條光線入射到一厚度為e的均勻薄32由折射定律：故：用入射角表示：ASeBCPLγi123D由折射定律：故：用入射角表示：ASeBCPLγi123D33實(shí)驗(yàn)告訴我們：1）對(duì)于在表面上的一次反射情況：由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)(n1<n2)有相位突變，由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)(n1>n2)沒(méi)有相位突變?？紤]半波損失的光程差實(shí)驗(yàn)告訴我們：1）對(duì)于在表面上的一次反射情況：由光疏介質(zhì)進(jìn)入342）對(duì)于光線經(jīng)薄膜上下表面反射的情況：n1>n2>n3或n1<n2<n3時(shí)，折射率呈階梯型分布，沒(méi)有附加相位差；

在界面處光線由光密介傳播到光疏介質(zhì)無(wú)半波損失總的光程差為0在界面處光線由光疏介質(zhì)傳播到光密介質(zhì)有半波損失總的光程差為一個(gè)波長(zhǎng)2）對(duì)于光線經(jīng)薄膜上下表面反射的情況：n1>n2>n3或n35n1>n2<n3或n1<n2>n3時(shí)，折射率呈夾心型分布，則有附加相位差π.此時(shí)對(duì)于所選相干光束，薄膜上下界面的半波損失導(dǎo)致兩光束光程差相差半個(gè)波長(zhǎng)n1>n2<n3或n1<n2>n3時(shí)，折射率呈夾心型分布，36綜合1)、2)，我們將薄膜干涉公式修正為：階梯型分布夾心型分布綜合1)、2)，我們將薄膜干涉公式修正為：階梯型分布夾心型分37透射光的干涉事實(shí)上，透射光也能產(chǎn)生干涉，考慮光束1′、2′產(chǎn)生干涉,則光程差表示為與薄膜上表面的光束2、3的光程差公式相差一個(gè)半波長(zhǎng)，說(shuō)明：反射光干涉相長(zhǎng)時(shí)透射光干涉相消，反之亦然。透射光的干涉事實(shí)上，透射光也能產(chǎn)生干涉，考慮光束1′、2′38如果e處處相等，則△主要隨入射光的入射角i的不同而變化。這類(lèi)干涉叫等傾干涉。

如果入射角度保持不變，那么△主要隨薄膜厚度e的不同而變化。這類(lèi)干涉叫等厚干涉。三、薄膜干涉分類(lèi)如果e處處相等，則△主要隨入射光的入射角i的不同而變化3914.3.2等厚干涉當(dāng)i保持不變時(shí)，光程差僅與膜的厚度有關(guān)，凡厚度相同的地方光程差相同，從而對(duì)應(yīng)同一條干涉條紋等厚干涉條紋的形狀取決于薄膜上厚度相同的點(diǎn)的軌跡。ASeBCPLγi123D14.3.2等厚干涉當(dāng)i保持不變時(shí)，光程差僅與膜的401.劈尖膜干涉（interferenceofwedge）1）實(shí)驗(yàn)裝置：

介質(zhì)劈尖是一個(gè)放在空氣中的劈尖形狀的介質(zhì)薄膜，兩塊平面玻璃片，一端接觸，另一端用一薄片隔開(kāi)，兩玻璃片間形成劈尖狀空氣層，便是空氣劈尖。1.劈尖膜干涉（interferenceofwedge）41（a）觀察劈尖干涉裝置

（b）干涉條紋（a）觀察劈尖干涉裝置

（b）干涉條紋42大學(xué)物理光的干涉課件43（明紋）（暗紋）討論1）劈尖為暗紋.明紋暗紋劈尖干涉（明紋）（暗紋）討論1）劈尖為暗紋.明紋暗紋劈尖干涉443）條紋間距（明紋或暗紋）2）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差劈尖干涉3）條紋間距（明紋或暗紋）2）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差劈尖45每一條紋對(duì)應(yīng)劈尖內(nèi)的一個(gè)厚度，當(dāng)此厚度位置改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的條紋隨之移動(dòng).4）干涉條紋的移動(dòng)每一條紋對(duì)應(yīng)劈尖內(nèi)的一個(gè)厚度，當(dāng)此厚度位置改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的條紋46用波長(zhǎng)的單色光垂直入射時(shí),測(cè)得干涉條紋的寬度,求：玻璃的折射率。例1有一玻璃劈尖,放在空氣中,劈尖夾角解用波長(zhǎng)的單色光垂直入射時(shí),測(cè)得干涉條紋4710.7.3等厚干涉應(yīng)用

（1）測(cè)薄膜厚度。測(cè)某基板上鍍膜厚度，先將其腐蝕為劈尖形，用單色光垂直照射，就可以計(jì)算薄膜厚度薄膜基板（2）測(cè)細(xì)絲直徑LD10.7.3等厚干涉應(yīng)用（1）測(cè)薄膜厚度。測(cè)48（3）檢查光學(xué)元件表面質(zhì)量B有凹坑B有凸坑（3）檢查光學(xué)元件表面質(zhì)量B有B有492.牛頓環(huán)（Newton’srings）1）實(shí)驗(yàn)裝置：

在一塊光學(xué)平面玻璃片上，放一曲率半徑R很大的平凸透鏡，在其間形成一劈尖形空氣薄層的裝置。lecORrr2.牛頓環(huán)（Newton’srings）1）實(shí)驗(yàn)裝置：50大學(xué)物理光的干涉課件512.光程差明紋：暗紋：3.明暗紋條件lecORrr2.光程差明紋：暗紋：3.明暗紋條件lecORrr52明環(huán)半徑：暗環(huán)半徑：lecORrr明環(huán)半徑：暗環(huán)半徑：lecORrr533.干涉條紋的特點(diǎn)：等厚干涉條紋每級(jí)明或暗紋都與一定的膜厚相對(duì)應(yīng)，條紋是一組以接觸點(diǎn)為中心的不等間距的（內(nèi)環(huán)疏，外環(huán)密）明暗相間的同心圓環(huán)，k越大，r則越大。（1）條紋形狀明環(huán)半徑：暗環(huán)半徑：3.干涉條紋的特點(diǎn)：等厚干涉條紋每級(jí)明或暗54（2）接觸點(diǎn)在接觸處，e=0，則△=λ/2出現(xiàn)暗斑。（夾心型）如n1>n2>n3或n1<n2<n3時(shí)e=0，△=2en2=0,則接觸處會(huì)出現(xiàn)亮斑。lecORrr（3）牛頓環(huán)的平凸透鏡向上平移，內(nèi)空氣薄膜變厚，原來(lái)第k級(jí)處就變?yōu)閗+k’級(jí)。于是條紋向中心收縮，反過(guò)來(lái)薄膜變薄，則條紋向外擴(kuò)張。（2）接觸點(diǎn)在接觸處，e=0，則△=λ/2出現(xiàn)暗斑。（夾心55大學(xué)物理光的干涉課件56（4）實(shí)驗(yàn)中測(cè)出暗環(huán)的第m級(jí)半徑rm，以及第n級(jí)半徑rn，則可求出R：（5）若白光入射，便可得到彩色條紋，在高級(jí)次出現(xiàn)重迭。（4）實(shí)驗(yàn)中測(cè)出暗環(huán)的第m級(jí)半徑rm，以及第n級(jí)半徑r57（6）若在平凸鏡和平板玻璃之間充滿折射率為n的某中透明液體，則明環(huán)半徑：暗環(huán)半徑：（6）若在平凸鏡和平板玻璃之間充滿折射率為n的某中透明液體，58sin21ne2222nid+d14.3.3薄膜的等傾干涉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(jí)干涉條紋。iiiisf1n3n2ne點(diǎn)光源的等傾干涉條紋ssii1n3n2ne擴(kuò)展光源的各套等傾干涉條紋重合（非相干疊加）sin21ne2222nid+d14.3.3薄膜的等傾干591）

2）等傾干涉條紋是一系列外密內(nèi)稀的同心圓環(huán)。

3）當(dāng)入射角一定時(shí)，反射光的干涉得明紋，則透射光的干涉必得暗紋反之亦然。1.討論1）2）等傾干涉條紋是一系列外密內(nèi)稀的同心圓環(huán)。602.增透膜和增反膜反射光光程差：反射相消，增透反射相長(zhǎng)，增反階梯型夾心型en2.增透膜和增反膜反射光光程差：反射相消，增透反射相長(zhǎng)，增反61?。ㄔ鰪?qiáng)）氟化鎂為增透膜例為了增加透射率,求氟化鎂膜的最小厚度。已知空氣氟化鎂,減弱解

則23玻璃?。ㄔ鰪?qiáng)）氟化鎂為增透膜例為了增加透射率,求氟化鎂膜的已知62單色光源反射鏡反射鏡14.4邁克耳孫干涉儀與成角補(bǔ)償板分光板移動(dòng)導(dǎo)軌單色光源反射鏡反射鏡14.4邁克耳孫干涉儀與63反射鏡反射鏡單色光源的像反射鏡反射鏡單色光源的像64當(dāng)不垂直于時(shí)，可形成劈尖型等厚干涉條紋.反射鏡反射鏡單色光源當(dāng)不垂直于時(shí)，可形成劈尖型等厚干涉條65干涉條紋移動(dòng)數(shù)目邁克爾孫干涉儀的主要特性

兩相干光束在空間完全分開(kāi)，并可用移動(dòng)反射鏡或在光路中加入介質(zhì)片的方法改變兩光束的光程差.移動(dòng)距離移動(dòng)反射鏡干涉條紋移動(dòng)數(shù)目邁克爾孫干涉儀的主要特性?xún)上喔?6光程差變化干涉條紋移動(dòng)數(shù)目介質(zhì)片厚度光程差變化干涉條紋移動(dòng)數(shù)目介質(zhì)片厚度67大學(xué)物理光的干涉課件68空間相干性的概念光源寬度對(duì)干涉條紋對(duì)比度的影響設(shè)光源寬度為bRDI非相干疊加+1L0N0M0Lb/2d/2LMNS1S2xI合成光強(qiáng)0Nx+1L0M0L-1N=Dλ/d10.5空間相干性（選講）當(dāng)N光對(duì)應(yīng)的第0級(jí)亮紋與L對(duì)應(yīng)的第1級(jí)亮紋重合時(shí)，條紋就亮成一片，干涉條紋消失把它視為許多平行于雙縫的線光源組成每一條線光源都會(huì)形成一套自己的雙縫干涉圖樣空間相干性的概念光源寬度對(duì)干涉條紋對(duì)比度的影響設(shè)光源寬度為b69設(shè)光源寬度為b,討論當(dāng)干涉條紋剛好消失時(shí)的寬度R0N0MDI非相干疊加+1L0Lb/2d/2LMNS1S2相減：當(dāng)N光對(duì)應(yīng)的第0級(jí)亮紋與L對(duì)應(yīng)的第1級(jí)亮紋重合時(shí)，條紋就亮成一片，干涉條紋消失設(shè)光源寬度為b,討論當(dāng)干涉條紋剛好消失時(shí)的寬度R0N0MDI70從另一角度看，

——相干間隔條紋剛消失時(shí)有：即才能看到干涉條紋。對(duì)激光光源，因光束輸出截面上各點(diǎn)發(fā)的光都是相干的，所以光源寬度不受以上限制。光場(chǎng)的空間相干性從另一角度看，——相干間隔條紋剛消失時(shí)有：即7114.1光的電磁理論光的相干性14.2分波陣面干涉*空間相干性14.3分振幅干涉薄膜的等厚與等傾干涉14.4邁克爾遜干涉儀*時(shí)間相干性14.5多光束干涉第十四章光的干涉14.1光的電磁理論光的相干性第十四章光的干72牛頓的微粒說(shuō)：光是由光源發(fā)出的微粒流?；莞沟牟▌?dòng)說(shuō)：光是一種波動(dòng)。1801年，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊首先利用雙縫實(shí)驗(yàn)觀察到了光的干涉條紋，從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了光的波動(dòng)性。1865年，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋從他的電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在，并認(rèn)為光就是一種電磁波。牛頓的微粒說(shuō)：惠更斯的波動(dòng)說(shuō)：光是一種波動(dòng)。1801年，英國(guó)7314.1.1光的電磁理論電磁波譜

可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍

390nm～760nm

14.1光的電磁理論光的相干性14.1.1光的電磁理論電磁波譜可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍1474電場(chǎng)強(qiáng)度的振動(dòng)方向稱(chēng)為光的振動(dòng)方向。由于對(duì)人眼和感光器件起光化學(xué)作用的是電場(chǎng)光波的振動(dòng)方向：光波是特定頻率范圍內(nèi)的電磁波光矢量：光波中的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的周期性變化光振動(dòng)：電場(chǎng)強(qiáng)度的振動(dòng)方向稱(chēng)為光的振動(dòng)方向。由于對(duì)人眼和感光器件起光75普通光源：普通光源的發(fā)光機(jī)制：14.1.2普通光源的發(fā)光機(jī)理除激光源之外的各種發(fā)光物體；其發(fā)光機(jī)制是自發(fā)輻射處在基態(tài)的電子處在激發(fā)態(tài)的電子原子模型普通光源：普通光源的發(fā)光機(jī)制：14.1.2普通光源的發(fā)76P21普通光源的發(fā)光機(jī)制原子能級(jí)及發(fā)光躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)躍遷自發(fā)輻射波列波列長(zhǎng)L隨機(jī)性：間歇性：各原子發(fā)光是斷斷續(xù)續(xù)的，平均發(fā)光時(shí)間t

約為10-8s，所發(fā)出的是一段長(zhǎng)為

L=ct

的光波列。每次發(fā)光是隨機(jī)的，所發(fā)出各波列的振動(dòng)方向和振動(dòng)初相位都不相同。P21普通光源的發(fā)光機(jī)制原子能級(jí)及發(fā)光躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)躍遷自發(fā)77獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)兩獨(dú)立光源發(fā)出的兩束光不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象把同一波列設(shè)法分成兩部分所獲得的兩列光波才是相干光如何獲得相干光？？？復(fù)制相干光獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光)tS獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)兩獨(dú)立光源發(fā)出的兩束光不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象把78獲取相干光的方法之一：分波陣面法利用普通光源獲得相干光的基本原理：把由光源上同一點(diǎn)發(fā)的光分為兩部分，然后再使這兩部分疊加起來(lái)由于這兩部分光的相應(yīng)部分實(shí)際上都是來(lái)自同一發(fā)光原子的同一次發(fā)光，因而滿足相干條件而成為相干光。p

*分波陣面法s由狹縫S發(fā)出的同一波陣面的光同時(shí)到達(dá)狹縫1和2，1和2相當(dāng)于兩個(gè)子波源。因它們發(fā)出的光來(lái)自于同一波陣面，因而是相干光。波陣面：等相面惠更斯原理（惠更斯作圖法)狹縫：理論上無(wú)限小空間相干性獲取相干光的方法之一：分波陣面法利用普通光源獲得相干光的基本79獲取相干光的方法之二：分振幅法擴(kuò)展光源的干涉：兩條光線是從同一條入射線分出來(lái)的，所以它們一定是相干光光的能流與其振幅平方成正比，所以這種干涉稱(chēng)為分振幅干涉獲取相干光的方法之二：分振幅法擴(kuò)展光源的干涉：兩條光線是從同80同頻率、同振動(dòng)方向兩列光波14.1.3光波疊加和相干同頻率、同振動(dòng)方向兩列光波14.1.3光波疊加和相干81P點(diǎn)的光強(qiáng)度I：P點(diǎn)的光強(qiáng)度I：82P點(diǎn)的光強(qiáng)度I：平均光強(qiáng)：（1）非相干光P點(diǎn)的光強(qiáng)度I：平均光強(qiáng)：（1）非相干光83（2）相干光平均光強(qiáng)：▲

(k=0,1,2,3…)▲

(k=0,1,2,3…)P點(diǎn)光強(qiáng)度：干涉相長(zhǎng)（亮）干涉相消（暗）（2）相干光平均光強(qiáng)：▲(k=0,1,2,3…)▲84IImaxImino2-24-4Io2-24-44I1IImaxImino2-24-4Io2-28514.1.4光程光程差相干光源相干光源相干光在相遇點(diǎn)P疊加的合振動(dòng)強(qiáng)度取決于兩分振動(dòng)的相位差如何簡(jiǎn)化？14.1.4光程光程差相干光源相干光源相干光在相86思路：設(shè)法將光在介質(zhì)中傳播的距離折合成光在真空中的距離，折合原則：在引起光波相位改變上等效。介質(zhì)中x距離內(nèi)波數(shù)：真空中同樣波數(shù)占據(jù)的距離介質(zhì)折射率l￠x真空介質(zhì)？結(jié)論：光在折射率為n的介質(zhì)中前進(jìn)x距離引起的相位改變與在真空中前進(jìn)nx距離引起的相位改變相同.思路：設(shè)法將光在介質(zhì)中傳播的距離折合成光在真空中的距離，折合87定義：等效真空程S1S2r1r2n1n2P光程差：等效真空程之差光程差引起的相位差：統(tǒng)一為：光程差真空中波長(zhǎng)定義：等效真空程S1S2r1r2n1n2P光程差：等效真空程88SACLlSBCLl1++3lnl+2l4l)光程+l1+3lnl()12l4l光程差d相位差2rjpldABCllnSl14l3l2l單色點(diǎn)光源SACLlSBCLl1++3lnl+2l4l)光程+l1+389FACBDEOrj0d0LABFEOFLCDFL即各路等光程平面波球面波會(huì)聚ssACOrj0d0ssALOssLCssL即各路等光程球面波發(fā)散會(huì)聚球面波2.理想透鏡不產(chǎn)生附加光程差FACBDEOrj0d0LABFEOFLCDFL即各路等光程90實(shí)驗(yàn)裝置p14.2.1楊氏雙縫干涉光程差14.2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置p14.2.1楊氏雙縫干涉光程差14.291實(shí)驗(yàn)裝置p加強(qiáng)

減弱實(shí)驗(yàn)裝置p加強(qiáng)減弱92暗紋明紋p暗紋明紋p93討論條紋間距明暗條紋的位置白光照射時(shí)，出現(xiàn)彩色條紋暗紋明紋1）條紋間距與的關(guān)系;若變化，則將怎樣變化？一定時(shí)，討論條紋間距明暗條紋的位置白光照射時(shí)，出現(xiàn)彩色條紋暗紋明紋94一定時(shí)，若變化，則將怎樣變化？1）討論條紋間距一定時(shí)，若變化，則9512340(白色）較高級(jí)次上，條紋相互重合以致模糊不清各光的第一級(jí)明條紋各光的第二級(jí)明條紋紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫頻率遞增，波長(zhǎng)遞減12340(白色）較高級(jí)次上，條紋相各光的第一級(jí)明條紋各光的962）

條紋間距與的關(guān)系如何？一定時(shí)，2）條97

例1以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上,雙縫與屏幕的垂直距離為1m.(1)從第一級(jí)明紋到同側(cè)的第四級(jí)明紋的距離為7.5mm,求單色光的波長(zhǎng);(2)若入射光的波長(zhǎng)為600nm,求相鄰兩明紋間的距離.解（1）（2）例1以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫98例：楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)，用透明片遮住上縫，發(fā)現(xiàn)中央明紋向上移動(dòng)了3個(gè)條紋，已知該片折射率為1.4，求該片厚度。利用光的干涉可以測(cè)量與光波波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)的長(zhǎng)度PS1S20123解：例：楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)，用透明片遮住上縫，發(fā)現(xiàn)中央明紋向上移動(dòng)了991菲涅耳雙鏡14.2.2其他分波陣面干涉1菲涅耳雙鏡14.2.2其他分波陣面干涉1002勞埃德鏡

半波損失：光從光速較大的介質(zhì)射向光速較小的介質(zhì)時(shí)反射光的相位較之入射光的相位躍變了，相當(dāng)于反射光與入射光之間附加了半個(gè)波長(zhǎng)的波程差，稱(chēng)為半波損失.PML2勞埃德鏡半波損失：光從光速較大101日常生活中常見(jiàn)的彩色肥皂泡水面油層上的彩色條紋昆蟲(chóng)翅膀上的彩色防曬霜…薄膜：均勻的透明介質(zhì)薄層常見(jiàn)薄膜：空氣膜、介質(zhì)膜…14.3分振幅干涉薄膜干涉與等傾干涉日常生活中常見(jiàn)的彩色肥皂泡薄膜：均勻的透明介質(zhì)薄層常見(jiàn)薄膜：102我們假設(shè)一條光線入射到一厚度為e的均勻薄膜上，如下圖所示：2,3兩束光的相干光的光程差為：ASeBCPLγi123D14.3.1薄膜干涉概述我們假設(shè)一條光線入射到一厚度為e的均勻薄103由折射定律：故：用入射角表示：ASeBCPLγi123D由折射定律：故：用入射角表示：ASeBCPLγi123D104實(shí)驗(yàn)告訴我們：1）對(duì)于在表面上的一次反射情況：由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)(n1<n2)有相位突變，由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)(n1>n2)沒(méi)有相位突變。考慮半波損失的光程差實(shí)驗(yàn)告訴我們：1）對(duì)于在表面上的一次反射情況：由光疏介質(zhì)進(jìn)入1052）對(duì)于光線經(jīng)薄膜上下表面反射的情況：n1>n2>n3或n1<n2<n3時(shí)，折射率呈階梯型分布，沒(méi)有附加相位差；

在界面處光線由光密介傳播到光疏介質(zhì)無(wú)半波損失總的光程差為0在界面處光線由光疏介質(zhì)傳播到光密介質(zhì)有半波損失總的光程差為一個(gè)波長(zhǎng)2）對(duì)于光線經(jīng)薄膜上下表面反射的情況：n1>n2>n3或n106n1>n2<n3或n1<n2>n3時(shí)，折射率呈夾心型分布，則有附加相位差π.此時(shí)對(duì)于所選相干光束，薄膜上下界面的半波損失導(dǎo)致兩光束光程差相差半個(gè)波長(zhǎng)n1>n2<n3或n1<n2>n3時(shí)，折射率呈夾心型分布，107綜合1)、2)，我們將薄膜干涉公式修正為：階梯型分布夾心型分布綜合1)、2)，我們將薄膜干涉公式修正為：階梯型分布夾心型分108透射光的干涉事實(shí)上，透射光也能產(chǎn)生干涉，考慮光束1′、2′產(chǎn)生干涉,則光程差表示為與薄膜上表面的光束2、3的光程差公式相差一個(gè)半波長(zhǎng)，說(shuō)明：反射光干涉相長(zhǎng)時(shí)透射光干涉相消，反之亦然。透射光的干涉事實(shí)上，透射光也能產(chǎn)生干涉，考慮光束1′、2′109如果e處處相等，則△主要隨入射光的入射角i的不同而變化。這類(lèi)干涉叫等傾干涉。

如果入射角度保持不變，那么△主要隨薄膜厚度e的不同而變化。這類(lèi)干涉叫等厚干涉。三、薄膜干涉分類(lèi)如果e處處相等，則△主要隨入射光的入射角i的不同而變化11014.3.2等厚干涉當(dāng)i保持不變時(shí)，光程差僅與膜的厚度有關(guān)，凡厚度相同的地方光程差相同，從而對(duì)應(yīng)同一條干涉條紋等厚干涉條紋的形狀取決于薄膜上厚度相同的點(diǎn)的軌跡。ASeBCPLγi123D14.3.2等厚干涉當(dāng)i保持不變時(shí)，光程差僅與膜的1111.劈尖膜干涉（interferenceofwedge）1）實(shí)驗(yàn)裝置：

介質(zhì)劈尖是一個(gè)放在空氣中的劈尖形狀的介質(zhì)薄膜，兩塊平面玻璃片，一端接觸，另一端用一薄片隔開(kāi)，兩玻璃片間形成劈尖狀空氣層，便是空氣劈尖。1.劈尖膜干涉（interferenceofwedge）112（a）觀察劈尖干涉裝置

（b）干涉條紋（a）觀察劈尖干涉裝置

（b）干涉條紋113大學(xué)物理光的干涉課件114（明紋）（暗紋）討論1）劈尖為暗紋.明紋暗紋劈尖干涉（明紋）（暗紋）討論1）劈尖為暗紋.明紋暗紋劈尖干涉1153）條紋間距（明紋或暗紋）2）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差劈尖干涉3）條紋間距（明紋或暗紋）2）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差劈尖116每一條紋對(duì)應(yīng)劈尖內(nèi)的一個(gè)厚度，當(dāng)此厚度位置改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的條紋隨之移動(dòng).4）干涉條紋的移動(dòng)每一條紋對(duì)應(yīng)劈尖內(nèi)的一個(gè)厚度，當(dāng)此厚度位置改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的條紋117用波長(zhǎng)的單色光垂直入射時(shí),測(cè)得干涉條紋的寬度,求：玻璃的折射率。例1有一玻璃劈尖,放在空氣中,劈尖夾角解用波長(zhǎng)的單色光垂直入射時(shí),測(cè)得干涉條紋11810.7.3等厚干涉應(yīng)用

（1）測(cè)薄膜厚度。測(cè)某基板上鍍膜厚度，先將其腐蝕為劈尖形，用單色光垂直照射，就可以計(jì)算薄膜厚度薄膜基板（2）測(cè)細(xì)絲直徑LD10.7.3等厚干涉應(yīng)用（1）測(cè)薄膜厚度。測(cè)119（3）檢查光學(xué)元件表面質(zhì)量B有凹坑B有凸坑（3）檢查光學(xué)元件表面質(zhì)量B有B有1202.牛頓環(huán)（Newton’srings）1）實(shí)驗(yàn)裝置：

在一塊光學(xué)平面玻璃片上，放一曲率半徑R很大的平凸透鏡，在其間形成一劈尖形空氣薄層的裝置。lecORrr2.牛頓環(huán)（Newton’srings）1）實(shí)驗(yàn)裝置：121大學(xué)物理光的干涉課件1222.光程差明紋：暗紋：3.明暗紋條件lecORrr2.光程差明紋：暗紋：3.明暗紋條件lecORrr123明環(huán)半徑：暗環(huán)半徑：lecORrr明環(huán)半徑：暗環(huán)半徑：lecORrr1243.干涉條紋的特點(diǎn)：等厚干涉條紋每級(jí)明或暗紋都與一定的膜厚相對(duì)應(yīng)，條紋是一組以接觸點(diǎn)為中心的不等間距的（內(nèi)環(huán)疏，外環(huán)密）明暗相間的同心圓環(huán)，k越大，r則越大。（1）條紋形狀明環(huán)半徑：暗環(huán)半徑：3.干涉條紋的特點(diǎn)：等厚干涉條紋每級(jí)明或暗125（2）接觸點(diǎn)在接觸處，e=0，則△=λ/2出現(xiàn)暗斑。（夾心型）如n1>n2>n3或n1<n2<n3時(shí)e=0，△=2en2=0,則接觸處會(huì)出現(xiàn)亮斑。lecORrr（3）牛頓環(huán)的平凸透鏡向上平移，內(nèi)空氣薄膜變厚，原來(lái)第k級(jí)處就變?yōu)閗+k’級(jí)。于是條紋向中心收縮，反過(guò)來(lái)薄膜變薄，則條紋向外擴(kuò)張。（2）接觸點(diǎn)在接觸處，e=0，則△=λ/2出現(xiàn)暗斑。（夾心126大學(xué)物理光的干涉課件127（4）實(shí)驗(yàn)中測(cè)出暗環(huán)的第m級(jí)半徑rm，以及第n級(jí)半徑rn，則可求出R：（5）若白光入射，便可得到彩色條紋，在高級(jí)次出現(xiàn)重迭。（4）實(shí)驗(yàn)中測(cè)出暗環(huán)的第m級(jí)半徑rm，以及第n級(jí)半徑r128（6）若在平凸