物理下光的干涉

物理下光的干涉第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日一、基本要求1．理解獲得相干光的基本方法，掌握光程的概念；2．會分析楊氏雙縫干涉條紋及薄膜等厚干涉條紋的位置和條件；3．了解邁克耳孫干涉儀的工作原理。二、基本內(nèi)容1．獲得相干光的基本方法（波陣面分割法，振幅分割法）第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日2．光程（1）光在折射率n的介質(zhì)中，通過的幾何路程L所引起的相位變化，相當(dāng)于光在真空中通過nL的路程所引起的相位變化。（2）光程差引起的相位變化為其中為光程差，為真空中光的波長

兩束光（反射光）由于相位突變所引起的光程差。（3）附加光程差第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日3、相長干涉和相消干涉的條件

第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日4．楊氏雙縫干涉（波陣面分割法）得：明紋位置暗紋位置條紋間距第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日4．薄膜干涉（振幅分割法）入射光在薄膜上表面由于反射和折射而分振幅，在上、下表面的反射光干涉（）光程差反射光的干涉公式：第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日a、討論:一定時，一定，：等厚干涉一定，：等傾干涉b、透射光的干涉第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日（1）劈尖干涉所以（加強(qiáng)明紋）（減弱暗紋）相鄰兩明（暗）條紋處劈尖厚度差(若，則)平行于棱邊的明暗相間的直條紋劈尖(棱邊)處:,暗紋；相鄰明(暗)條紋間距：第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日（2）牛頓環(huán)干涉干涉條紋是以接觸點為中心的同心圓環(huán)，其中R為透鏡的曲率半徑暗環(huán)半徑其明環(huán)半徑將代入，第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日討論：①中間一點是暗圓斑；②條紋不是等間距的，越外越?、?中間填充介質(zhì)，仍有一條光線有半波損失:明環(huán)：暗環(huán)：第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日（3）增透與增反增透：增反：第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日利用振幅分割法使兩個相互垂直的平面鏡形成一等效的空氣薄膜，產(chǎn)生干涉。視場中干涉條紋移動的數(shù)目與相應(yīng)的空氣薄膜厚度改變（平面鏡平移的距離）的關(guān)系5．邁克耳孫干涉儀第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日三、討論1．單色光λ垂直入射劈尖，討論A、B處的情況A處條紋明暗B處光程差明B處光程差A(yù)處條紋明暗暗B處光程差A(yù)處條紋明暗明B處光程差A(yù)處條紋明暗暗第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日2．楊氏雙縫干涉中，若有下列變動，干涉條紋將如何變化（1）把整個裝置浸入水中此時波長為，則條紋變密（2）在縫S2處慢慢插入一塊厚度為t介質(zhì)片，第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日（3）將光源沿平行S1S2連線方向作微小移動圖示S向下移動，此時，于是中央明紋的位置向上移動（為什么？）第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日3．圖示，設(shè)單色光垂直入射，畫出干涉條紋（形狀，疏密分布和條紋數(shù)）（1）上表面為平面，下表面為圓柱面的平凸透鏡放在平板玻璃上。由得明紋條件當(dāng)可觀察到第四級明條紋，即第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日由圖知可得明條為8條，暗條為7條的直線干涉條紋（圖示）。暗紋中心暗紋7條明紋8條第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日（2）平板玻璃放在上面，下面是表面為圓柱面的平凹透鏡。同理，由可觀察到第的明條紋，但對應(yīng)處，只有一條明條紋，則共可看到7條明紋、8條暗紋（圖示）暗紋8條明紋7條第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日4．圖示牛頓環(huán)裝置中，平板玻璃由兩部分組成的()，透鏡玻璃的折射率，玻璃與透鏡之間的間隙充滿的介質(zhì)，試討論形成牛頓環(huán)的圖樣如何？討論：分別寫出左右兩側(cè)的反射光的光程差表示式（對應(yīng)同一厚度）與第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日左右兩側(cè)明暗相反的半圓環(huán)條紋（圖示）可見，對應(yīng)同一厚度處，左右兩側(cè)的光程差相差半波長，即左邊厚度處為暗紋時，右邊對應(yīng)厚度處卻為明紋，反之亦然，因此可觀察到的牛頓環(huán)的圖樣是：第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日四、計算若以光垂直入射，看到七條暗紋，且第七條位于N處，問該膜厚為多少。1．測量薄膜厚度。圖示欲測定的厚度，通常將其磨成圖示劈尖狀，然后用光的干涉方法測量。解：由于則由暗條紋條件得第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日已知N處為第七條暗紋，所以取，得方法2：劈尖相鄰明條（暗條）間的垂直距離為，今有七條暗紋，棱邊為明條紋，則其厚度第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日解（1）設(shè)在A處，兩束反射光的光程差為[若計算透射光，圖示]2．牛頓環(huán)裝置中平凸透鏡與平板玻璃有一小間隙，現(xiàn)用波長為單色光垂直入射（1）任一位置處的光程差（2）求反射光形成牛頓環(huán)暗環(huán)的表述式（設(shè)透鏡的曲率半徑為R）第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日（2）形成的暗紋條件（1）由圖示幾何關(guān)系知（設(shè)A處環(huán)半徑r）（2）代入式（1）得為正整數(shù)，且第二十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日解：在油膜上、下兩表面反射光均有相位躍變，所以，兩反射光無附加光程差3．折射率為n=1.20的油滴在平面玻璃（折射率為上形成球形油膜，以光垂直入射，觀察油膜反射光的干涉條紋，求若油膜中心最高點與玻璃平面相距1200nm，能觀察到幾條明紋？因此明紋條件滿足（1）第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日（）時，（油漠邊緣處）（或以代入式(1)，可得k取整數(shù)）即可看到五條明紋同心圓環(huán)）討論：當(dāng)油膜擴(kuò)大時，條紋間距將發(fā)生什么變化？（不變，變小，變大）變大！第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日光的衍射光的偏振復(fù)習(xí)課第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日一、基本要求1．了解惠更斯—菲涅耳原理2．掌握單縫夫瑯禾費(fèi)衍射的條紋分布，以及縫寬，波長等對衍射條紋的影響3．理解光柵衍射方程，會分析光柵常數(shù)，光柵縫數(shù)N等對條紋的影響4．理解線偏振光獲得和檢驗的方法，馬呂斯定律第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日二、基本內(nèi)容1．單縫夫瑯禾費(fèi)衍射（1）半波帶法的基本原理（2）明暗條紋的條件第一步分光的衍射第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日

（3）明暗紋中心的位置線寬度明條紋寬度（4）條紋寬度中央明條寬度：角寬度第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日斜入射：條紋位置：

第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日2．衍射光柵（1）光柵衍射是單縫衍射和各縫干涉的總效果（2）光柵方程（3）缺級條件，當(dāng)同時成立時，衍射光第級缺級且第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日（4）各主極大的位置（1）角位置：當(dāng)角很小時（2）線位置b、相鄰主極大的間距（1）角間距（2）線間距a、各主極大的位置第三十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日（5）斜入射時的光柵方程(2)譜線缺級：缺級條件：（1）最大級數(shù)a、垂直入射（6）屏上最多可以看到的主極大的條數(shù)

第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日b、斜入射（1）可觀測到的最大級數(shù)上下（2）共可觀測到第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日3．光學(xué)儀器的分辯率最小分辨角分辨率

4、x射線衍射－－布拉格衍射公式――掠射角；d――晶格常數(shù)第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日2、馬呂斯定律3、布儒斯特定律：1、偏振態(tài)自然光、偏振光、部分偏振光第二部分：光的偏陣自然光通過偏振片后，強(qiáng)度為第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日三、討論1．由下列光強(qiáng)分布曲線，回答問題各圖的等于多少？有哪些缺級?……缺級中央明紋中有3個主極大圖（a）第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日各圖的等于多少？有哪些缺級?缺級中央明紋中有7個主極大圖（b）第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日討論下列光線的反射和折射.第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日四、計算1．單縫衍射，縫寬b=0.5mm，透鏡焦距f=50cm，以白光垂直入射，觀察到屏上x=1.5mm明紋中心求：（1）該處光波的波長（2）此時對應(yīng)的單縫所在處的波陣面分成的波帶數(shù)為多少？又因為（2）解（1）由單縫衍射明紋條件得（1）第四十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日由式（1），式（2）得，處波長為在可見光范圍內(nèi)，滿足上式的光波：可允許在屏上x=1.5mm處的明紋為波長600nm的第二級衍射和波長為420nm的第三級衍射第四十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日（2）此時單縫可分成的波帶數(shù)分別是討論：當(dāng)單縫平行于透鏡（屏）上下微小平移時，屏上的條紋位置是否也隨之移動.位置不變！為什么？2．雙縫干涉實驗中，縫距，縫寬，即雙縫（N=2）的衍射，透鏡焦距f=2.0m，求當(dāng)光垂直入射時，第四十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日（1）條紋的間距（2）單縫中央亮紋范圍內(nèi)的明紋數(shù)目（為什么要討論這一問題？）解：分析雙縫干涉卻又受到每一縫（單縫）衍射的制約，成為一個雙縫衍射，(圖示衍射圖樣)第四十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日（1）由得明紋中心位置因為條紋間距（2）欲求在單縫中央明紋范圍內(nèi)有多少條明紋，需知缺級條件第四十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日因為，即出現(xiàn)缺級現(xiàn)象所以，在單縫中央明級范圍內(nèi)可以看到9條明紋(-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4)第四十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日（3）若以角傾斜入射光柵，在屏上顯示的全部級數(shù)為多少3．=600nm單色光垂直入射光柵，已知第二級，第三級明紋分別位于處，且第4級缺級，求（1）光柵常數(shù)（）和縫寬a（2）在屏上實際顯示的全部級數(shù)為多少？解（1）由光柵方程，有第四十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日已知得又因第4級缺級，則由，得（2）設(shè)，則可以見到（k=9條)，包括零級明紋，但是：由于有缺級，，則可見到15條第四十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日（3）此時屏上條紋不再對稱，在一側(cè)有另一側(cè)有當(dāng)時，時，考慮到第4，8，12及-4為缺級以及實際效果，共觀察到15條明紋，全部級數(shù)為0,±1,±2,±3,4,5,6,