C光的干涉概述實用

會計學1C光的干涉概述實用第十二章光的干涉

研究光的干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生和基本實驗規(guī)律。

本章教學內(nèi)容:光源和光的相干性楊氏雙縫干涉薄膜干涉第1頁/共53頁基本要求第十二章光的干涉掌握光的相干性、光程和光程差的概念2.理解獲得相干光的分波陣面法和分振幅法3.掌握雙縫干涉條紋分布規(guī)律及相關(guān)計算方法4.掌握劈尖干涉條紋分布規(guī)律及相關(guān)計算方法5.掌握牛頓環(huán)干涉條紋分布規(guī)律及相關(guān)計算方法6.了解邁克爾遜干涉儀的原理和應用第2頁/共53頁回顧機械波的相干性

強度分布：干涉項

相干條件振動方向相同頻率相同相位差恒定相長相消普通光源很難實現(xiàn)相干條件一.光源和光的干涉性第3頁/共53頁1.光源的分類1)輻射性質(zhì)：普通光源、激光光源2)能量補給：熱光源、冷光源太陽，白熾燈水銀燈第4頁/共53頁普通光源：自發(fā)輻射頻率相位偏振態(tài)傳播方向完全相同激光：受激輻射2.光源發(fā)光的特點頻率振動方向初相不同間歇性隨機性兩普通光源或同一光源的不同部分是不相干的第5頁/共53頁3.獲得相干光的基本方法思路將同一點光源、某一時刻發(fā)出的光分成兩束，再引導其相遇疊加

分振幅法將透明薄膜兩個面的反射（透射）光作為相干光源（分振幅~分能量）

分波陣面法將同一波面上兩不同部分作為相干光源第6頁/共53頁4.光程、光程差如何簡化？相干光在相遇點

P

疊加的合振動強度取決于兩分振動的相位差第7頁/共53頁思路：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)折射率第8頁/共53頁結(jié)論：光在折射率為n的介質(zhì)中前進x

距離引起的相位改變與在真空中前進nx距離引起的相位改變相同。光程差：等效真空程之差定義：等效真空程相位差為：光程差真空中波長第9頁/共53頁相長～明相消～暗由相長～明相消～暗第10頁/共53頁半波損失折射率n較小n較大常見情況：光由光疏介質(zhì)射到光密介質(zhì)界面上反射時附加/2光程差真空中加入厚d

的介質(zhì)、增加(n-1)d

光程差薄透鏡不引起附加光程差（物點與象點間各光線等光程）第11頁/共53頁練習：真空中波長為的單色光，在折射率為n的均勻透明介質(zhì)中，從A點沿某一路徑傳播到B點，路徑的長度為l=3/2n

。A、B兩點光振動相位差為多少？解：A、B兩點的光程差為相位差為第12頁/共53頁

實驗裝置二.楊氏雙縫干涉第13頁/共53頁

明暗紋條件相長相消明暗k=0k=1k=-1k=2k=-2k=3k=-3第14頁/共53頁條紋特點形態(tài)：平行于縫的等亮度、等間距、明暗相間條紋亮度：寬度：第15頁/共53頁雙縫間距越小，條紋越寬條紋變化S*白光照射雙縫:零級明紋：白色其余明紋：彩色光譜高級次重疊。第16頁/共53頁練習最先重疊：某級紅光和高一級紫光相同因此未重疊的清晰光譜只有一級。用白光光源()進行雙縫干涉實驗，求清晰可辯光譜的級次。零級二級一級三級第17頁/共53頁練習：如圖所示，在雙縫干涉實驗中SS1=SS2。用波長為

的光照射雙縫S1和S2，通過空氣后在屏幕E上形成干涉條紋。已知P點處為第三級明條紋，則S1和S2到P點的光程差為多少？若將整個裝置放于某種透明液體中，P點變?yōu)榈谒募壝鳁l紋，則該液體的折射率為多少？解：由明紋條件得由明紋位置得所以第18頁/共53頁P其它分波陣面干涉菲涅耳雙面鏡第19頁/共53頁PML洛埃鏡(1)干涉條紋只存在于鏡上方(2)當屏移到鏡邊緣時，屏于鏡接觸點出現(xiàn)暗條紋——光在鏡子表面反射時有相位突變π。注意第20頁/共53頁條紋下移練習.

在雙縫干涉實驗中，用折射率n=1.58的玻璃膜覆蓋在一條縫上，這時屏上的第七級明紋移到原來中央明紋的位置上，若入射光波長為=550nm，求玻璃膜厚度。解：第21頁/共53頁

大肥皂泡最大時體積有13.5立方米大，還能自由漂浮，成為一道令人稱奇的景觀。而這個大肥皂泡出自37歲的“肥皂泡人”薩姆薩姆。薩姆薩姆真名薩姆-希斯。他通過20年的很多次實驗，遭遇了無數(shù)次失敗，研制出一種肥皂水秘方。第22頁/共53頁上講內(nèi)容：光程差：光程差真空中波長當相長~明相消~暗若當明暗第23頁/共53頁常見情況：光由光疏介質(zhì)射到光密介質(zhì)界面上反射時附加薄透鏡不引起附加光程差(物點與象點間各光線等光程)證明請參看理科光學教程(證明參看姚啟均“光學教程”P.37)折射率n較小n較大（半波損失）真空中加入厚d的介質(zhì)、增加(n-1)d光程dn第24頁/共53頁楊氏雙縫干涉明暗明暗k取值與條紋級次一致雙縫間距越小，條紋越寬第25頁/共53頁

分振幅法將透明薄膜兩個面的反射(透射)光作為相干光源（分振幅~分能量）第十二章光的干涉

分波陣面法楊氏雙縫干涉、菲涅耳雙棱(面)鏡、勞埃鏡等第26頁/共53頁反射光2、3相干光

透射光4、5相干光相遇點p、p′光強取決于1.薄膜表面的干涉條紋介質(zhì)n1薄膜n2，e光波、i、入射光1

12354一.薄膜干涉第27頁/共53頁由幾何關(guān)系、折射定律涉及反射，考慮有無半波損失2有、3無2無、3有12354反射時半波損失引起的附加光程差第28頁/共53頁考慮半波損失：4無、5無4無、5兩次

12354透中無/2項明暗條紋條件：明

k=1、2、3...暗

k=0、1、2...無論反,透第29頁/共53頁討論1第30頁/共53頁(1)薄膜厚度均勻（e一定），隨入射角i變化同一入射角

i

對應同一干涉條紋不同入射角對應不同條紋干涉條紋為一組同心圓環(huán)等傾干涉(2)入射角i一定（平行光入射），隨膜厚度e變化薄膜同一厚度處對應同一干涉條紋薄膜不同厚度處對應不同干涉條紋條紋形狀與薄膜等厚線相同等厚干涉討論2第31頁/共53頁單色、平行光垂直入射

明暗條紋條件:n明暗=

裝置:兩塊光學平板玻璃一端接觸，另一端墊一薄紙或細絲2.劈尖干涉條紋第32頁/共53頁

條紋特點:θLekek+1e楞邊處e=0形態(tài)：平行于棱邊，明、暗相間條紋條紋寬度（兩相鄰明紋間距）變化：條紋變密白光入射出現(xiàn)彩條空氣劈尖充水條紋變密第33頁/共53頁動態(tài)：(1)劈尖上表面平行上移，條紋如何變化？條紋寬度不變條紋左移(向棱邊方向移)(2)輕壓劈尖上表面，條紋如何變化？條紋變寬條紋右移(遠離棱邊方向移)第34頁/共53頁每一條紋對應劈尖的一個厚度,當此厚度位置改變時,對應的條紋隨之移動.第35頁/共53頁例：劈尖底面有一凹槽，條紋形狀如何？

由于同一條紋下的空氣薄膜厚度相同，當待測平面上出現(xiàn)溝槽時條紋向左彎曲。3）檢驗光學元件表面的平整度第36頁/共53頁θLekek+1e第37頁/共53頁空氣4）測細絲的直徑θLekek+1e第38頁/共53頁3.牛頓環(huán)裝置：平板玻璃上放置曲率半徑很大的平凸透鏡明暗紋條件：單色平行光垂直入射

i=0明暗條紋特點：以接觸點為中心的明暗相間的同心圓環(huán)中心暗斑nn1n1第39頁/共53頁得明暗條紋內(nèi)疏外密白光照射出現(xiàn)彩環(huán)明暗紋半徑：略去第40頁/共53頁平凸透鏡上(下)移動，將引起條紋收縮(擴張)e條紋的形狀取決于等厚膜線的形狀等價于角度逐漸增大的劈尖第41頁/共53頁例：用讀數(shù)顯微鏡測量第

k

級和第m

級暗環(huán)半徑

應用舉例測量單色平行光的波長第42頁/共53頁總結(jié)1）干涉條紋為光程差相同的點的軌跡，即厚度相等的點的軌跡2）厚度線性增長條紋等間距，厚度非線性增長條紋不等間距3）條紋的動態(tài)變化分析（n,,

變化時）4）半波損失需具體問題具體分析第43頁/共53頁邁克爾孫1852——1931年

美國物理學家，主要從事光學和光譜學研究。以畢生精力從事光速的精密測量，發(fā)明了干涉儀，研制出高分辨率的光譜學儀器，經(jīng)改進的衍射光柵和測距儀。1887年與E.W.莫雷合作，進行了著名的邁克爾孫-莫雷實驗。他首倡用光波波長作為長度基準，提出在天文學中利用干涉效應的可能性，并且用自己設(shè)計的星體干涉儀測量了恒星參宿四的直徑。榮獲1907年諾貝爾物理學獎。第44頁/共53頁4.邁克爾孫干涉儀裝置：單色光源反射鏡

反射鏡與

成

角補償板

分光板

移動導軌第45頁/共53頁條紋特點:反射鏡反射鏡單色光源

的像等頃干涉條紋第46頁/共53頁M1M1與M2'重合M2'M2'M1等傾涉條紋第47頁/共53頁當不垂直于時,可形成劈尖型等厚干涉條紋。反射鏡反射鏡單色光源第48頁/共53頁M1M2'M2'M1M2'M1M1等厚干涉條紋第49頁/共53頁主要特性：干涉條紋移動數(shù)目

兩相干光束在空間