第九章第一節(jié)

第九章光的干涉光是一種電磁波c

：光在真空中的傳播速度v

：電磁波在介質(zhì)中的速度n：透明介質(zhì)的折射率可見光在真空中的波長范圍為350~770nm光源：發(fā)射光波的物體熱光源冷光源新光源熱光源：白熾燈，弧光燈光源：發(fā)射光波的物體熱光源：白熾燈，弧光燈冷光源新光源電致發(fā)光氣體，He、Ne、Ar等，霓虹燈；金屬氣體，Na，Hg；固體，LED霓虹燈LED燈光源：發(fā)射光波的物體熱光源：白熾燈，弧光燈冷光源新光源電致發(fā)光光致發(fā)光氣體，He、Ne、Ar等，霓虹燈；金屬氣體，Na，Hg；固體，LED熒光磷光熒光磷光具有磷光性的粉末分別處于可見光下、紫外線下和完全黑暗的環(huán)境中光源：發(fā)射光波的物體熱光源：白熾燈，弧光燈冷光源新光源電致發(fā)光光致發(fā)光氣體，He、Ne、Ar等，霓虹燈；金屬氣體，Na，Hg；固體，LED熒光磷光化學(xué)發(fā)光化學(xué)發(fā)光腐爛物中的磷在空氣中氧化而發(fā)光光源：發(fā)射光波的物體熱光源：白熾燈，弧光燈冷光源新光源：激光，同步輻射光源，自由電子激光電致發(fā)光光致發(fā)光氣體，He、Ne、Ar等，霓虹燈；金屬氣體，Na，Hg；固體，LED熒光磷光化學(xué)發(fā)光激光(Laser)LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation特點：亮度高，方向性好，單色性好，相干性好Green(520

nm),blue-violet(445

nm)red(635

nm)lasersLaser,quantumprinciple同步輻射光源Synchrotronradiation特點：具有從遠(yuǎn)紅外到X光范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，高強(qiáng)度，高度準(zhǔn)直，高度極化，特性可精確控制等優(yōu)異性能上海同步輻射光源工程自由電子激光Free-electronlaser特點：頻率連續(xù)可調(diào)，頻譜范圍廣，峰值功率和平均功率大，且可調(diào)，相干性好，偏振強(qiáng)，具有ps量級脈沖的時間結(jié)構(gòu)，且時間結(jié)構(gòu)可控，9.1光干涉儀在光學(xué)檢測中的應(yīng)用一、干涉原理1.光的相干條件

相干光——兩列光波頻率相同__光矢量振動方向相同

初相差恒定相干光源——可以產(chǎn)生兩列相干光的光源

——為什么一個光源上不同位置發(fā)出的光不能進(jìn)行干涉？

——為什么兩個相同的獨立光源發(fā)出的光不能進(jìn)行干涉？原子發(fā)光機(jī)制——原子或分子從較高能量狀態(tài)躍遷到較低能量狀態(tài)，釋放能量發(fā)出光子——輻射時間10-9~10-8s

相應(yīng)發(fā)出了一段光波__波列

——光的頻率與原子的能級差有關(guān)，從不同的能級向下躍遷發(fā)出不同頻率的光普通光源——復(fù)色光從固定的兩個能級躍遷——單色光——不論是復(fù)色光__還是單色光原子處于較高能級向下躍遷不是同步的！隨機(jī)任意的！——兩個波列之間沒有恒定的相位差——疊加光強(qiáng)只是兩束光的光強(qiáng)直接相加

——P點疊加是非相干的2.兩列相干光疊加后的光強(qiáng)分布各向同性介質(zhì)中兩光源——頻率相同

__光矢量振動方向平行__初相兩列光波在空間P點的振動為：在某一時間間隔τ內(nèi)，合振動的平均相對強(qiáng)度在某一時間間隔τ內(nèi)，合振動的平均相對強(qiáng)度非相干光——在觀測時間內(nèi)，初相位各自獨立地做不規(guī)則的改變，概率均等地在觀測時間內(nèi)多次歷經(jīng)從0到2π之間的一切可能值兩振動的相位差在觀測時間內(nèi)無規(guī)則變化，

不出現(xiàn)干涉現(xiàn)象在某一時間間隔τ內(nèi)，合振動的平均相對強(qiáng)度相干光——在觀測時間內(nèi)，兩電磁振動各自進(jìn)行，

相位差恒定合振動的平均強(qiáng)度介乎兩者之間，若振幅相同，干涉相長干涉相消相差P點的光強(qiáng)——兩個光源的初相差恒定時兩列光波在相遇的區(qū)域疊加光強(qiáng)具有穩(wěn)定分布與時間無關(guān)

為其它值時光強(qiáng)介于最大和最小之間3.獲得相干光的方法分波振面法——相同波面上取兩個子波源子波源發(fā)出的兩列光波為相干光2)分振幅法——同一束光分成兩束__經(jīng)過不同的路徑在空間一點相遇發(fā)生干涉——薄膜等傾干涉——邁克耳遜干涉

獲得相干光的方法——分振幅法二、

光程和光程差光源的振動：到達(dá)P點的振動：在任意時刻的相位差：真空中的波長取光程——

光程差——

相位差——

——光程的意義——光在介質(zhì)n中傳播距離r引起的相位變化——在相同時間t里，光在真空中傳播的距離——光在不同介質(zhì)中傳播的距離引起的相位變化統(tǒng)一用光在真空中發(fā)生相位變化的計算

例題01空氣中，在S2P光路中放置一個厚度為x

折射率為n的透明介質(zhì)，計算兩束光波在P的相位差。已知

光束1到P點的光程光束2到P點的光程相差光程差光的等光程性1)來自物點S的各條光束到達(dá)S’的光程相同——發(fā)自物點S不同角度的光束在經(jīng)過透鏡后會聚在S’點各光束到S’點的光程相同S’點——亮點S’點——干涉相長2)平面波波面上的各點發(fā)出的光到達(dá)點F的光程相同——波面上a,b,c三點相位相同__經(jīng)透鏡會聚在焦點F

三光束在F點是干涉相長三束光到F點的光程相等——a,b,c三點到F’點的光程相等——物點S的光經(jīng)過透鏡L1和L2后在焦平面一點F’會聚透鏡可以改變光傳播的方向__但不增加額外的光程1

楊氏雙縫干涉儀S，S1和S2——3個平行狹縫——平行單色光入射單縫——S1和S2是相干子光源三、幾種典型的干涉儀——頻率相同光矢量振動方向垂直紙面S1和S2相干子光源——P點光強(qiáng)的計算——兩光到P點光程差考慮到兩列光波在P點相差P點的光強(qiáng)干涉相長干涉相消P點的光強(qiáng)暗條紋位置明條紋位置明條紋位置暗條紋位置干涉條紋特點明條紋暗條紋1)平行雙縫明暗相間的條紋2)相鄰明條紋或暗條紋的間距——等間距條紋3)白光光源——除中央零級條紋為白色外兩邊對稱分布為彩色條紋______光譜——同一級干涉條紋波長短的條紋__距離中心越近

明條紋的位置洛埃德鏡(Lloyd'smirror)實驗——來自S1的光波和來自反射面(來自虛光源S2)的光進(jìn)行干涉形成干涉條紋半波損失——光以掠射入射角從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時反射光相對于入射光的相位發(fā)生π相變——S1和S2光在M點相差為零__P點應(yīng)為干涉相長——實際為暗條紋——兩光在P點相位相反

π相變——半波損失——光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)——反射光有半波損失

透射光無半波損失——光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)——反射光和透射光

均無半波損失半波損失——發(fā)生的條件——光以近似垂直___或掠射介質(zhì)表面2薄膜等厚干涉____劈尖干涉____干涉熱漲儀空氣劈尖_____上表面反射光——

無半波損失下表面反射光——

有半波損失——來自上表面的反射光1’

和下表面的反射光2’干涉劈尖干涉結(jié)果討論1)條紋定域——兩束反射光在上表面相遇干涉條紋位于劈尖上表面2)相鄰條紋對應(yīng)薄膜厚度3)條紋的間距——明條紋或暗條紋4)θ增大或減小__條紋間距減小或增大5)

h=0——最小級條紋

h=hmax——最大級條紋——等厚干涉應(yīng)用——微小長度測量固體線膨脹系數(shù)測定

3薄膜等厚干涉——牛頓環(huán)——曲率半徑很大的平凸透鏡置于一塊平玻璃板上兩者位于折射率為n的介質(zhì)中——單色光垂直入射平凸透鏡的上表面——在平凸透鏡下表面形成明暗相間的同心圓環(huán)

——平凸透鏡下表面和

平玻璃板上表面的兩束光進(jìn)行干涉牛頓環(huán)干涉原理與實驗裝置——在平凸透鏡下表面形成明暗相間的同心圓環(huán)

——牛頓環(huán)半徑和平凸透鏡曲率半徑以及波長的關(guān)系

——幾何關(guān)系上下表面