光的干涉课件精.ppt

光的干涉课件第1页，本讲稿共31页1理解理解相干叠加和不相干叠加的区别和联系相干叠加和不相干叠加的区别和联系;2理解理解光的相干条件和光的干涉定义光的相干条件和光的干涉定义;3理解理解干涉条纹的可见度，以及空间相干性和时间相干干涉条纹的可见度，以及空间相干性和时间相干性对干涉条纹可见度的影响性对干涉条纹可见度的影响;4掌握掌握相位差和光程差之间的关系相位差和光程差之间的关系;5掌握掌握分波面干涉装置的干涉光强分布的基本规律，即分波面干涉装置的干涉光强分布的基本规律，即干涉条纹的间距和条纹的形状等干涉条纹的间距和条纹的形状等;第一章第一章 教教 学学 目目 标标 第2页，本讲稿共31页6掌握掌握分振幅等倾干涉的条纹待征和光强分布及其应分振幅等倾干涉的条纹待征和光强分布及其应用用;7掌握掌握分振幅等厚干涉的条纹待征和光强分布及其应用分振幅等厚干涉的条纹待征和光强分布及其应用;8掌握掌握迈克耳孙干涉仪和法布里迈克耳孙干涉仪和法布里珀罗干涉仪的基珀罗干涉仪的基本原理及其应用本原理及其应用.第3页，本讲稿共31页1.11.电磁波电磁波 根据麦克斯韦理论：变化的电场与变化的磁场互相激发形根据麦克斯韦理论：变化的电场与变化的磁场互相激发形成电磁波成电磁波.H E 1.1波动的独立性、叠加性和相干性波动的独立性、叠加性和相干性一、光的电磁理论一、光的电磁理论第4页，本讲稿共31页2.平面电磁波的性质平面电磁波的性质(1)电磁波是电场强度与磁场强度的矢量波电磁波是电场强度与磁场强度的矢量波(ref.附录附录1.2)E z H或或B 第5页，本讲稿共31页(2)横波横波(3)真空中真空中波速波速:介质中波速介质中波速:麦克斯韦：光是特定波麦克斯韦：光是特定波段的电磁波！段的电磁波！第6页，本讲稿共31页3.光矢量（光波的振动矢量）用光矢量（光波的振动矢量）用电场强度矢量电场强度矢量表示表示定义：定义：折射率折射率 对非铁磁性介质对非铁磁性介质 4.光的强度（光强度、光强）用光的强度（光强度、光强）用平均能流密度平均能流密度表示表示 （A为电场强度振幅）：为电场强度振幅）：一般仅表示相对光强度一般仅表示相对光强度第7页，本讲稿共31页5.电磁波谱长波长波波段：波段：波波动性动性显著显著短波短波波段：波段：粒粒子性子性显著显著光波光波波段：波段：波粒波粒二象性二象性显著显著第8页，本讲稿共31页3900紫紫7600红红可见光可见光：引起人视觉的那部分电磁波。：引起人视觉的那部分电磁波。光源光源：发射光波的物体。：发射光波的物体。波长范围：波长范围：(390760)nm(7.54.1)1014Hz390435450492577597622760nm紫紫蓝蓝青青绿绿黄黄橙橙红红6.光波波谱明明 视视 觉觉 国国 际际 标标 准准（1 1 9 9 7 7 1 1）第9页，本讲稿共31页二二.机械波的独立性和叠加性机械波的独立性和叠加性 当几个波源产生的波在介质中相遇时，可以当几个波源产生的波在介质中相遇时，可以互不相干地通互不相干地通过介质，保持各自原有的频率、波长、振动方向过介质，保持各自原有的频率、波长、振动方向等特性，就象等特性，就象没有遇到其它波一样没有遇到其它波一样独立性独立性在相遇区域内在相遇区域内，介质质点的合位移是各波在该处单独引起，介质质点的合位移是各波在该处单独引起的的分位移的矢量和分位移的矢量和叠加性叠加性（波动方程是线性的，振动强度较弱时介质对振动的（波动方程是线性的，振动强度较弱时介质对振动的响应也是线性的，故遵循线性叠加原理）响应也是线性的，故遵循线性叠加原理）第10页，本讲稿共31页两两列列波波频频率率相相等等，在在观观察察时时间间内内波波动动不不中中断断，且且在在相相遇遇处处振振动动方方向向几几乎乎沿沿着着同同一一直直线线。它它们们叠叠加加后后产产生生的的合振动在某些点加强合振动在某些点加强,某些点减弱某些点减弱的现象叫做的现象叫做干涉干涉。三三.干涉现象是干涉现象是波动波动的特性的特性 干涉：干涉：干涉现象干涉现象波动性波动性干涉图样：干涉图样：干涉时产生的合振动强度在空间的分布图象。干涉时产生的合振动强度在空间的分布图象。为何平时不常看到光的干涉图样？为何平时不常看到光的干涉图样？第11页，本讲稿共31页四四.相干与不相干叠加相干与不相干叠加 1.空空间某点某点处两列两列光波光波的叠加的叠加p 1 2 r1 r2 第12页，本讲稿共31页 1 2 AA1A2t t T(10-15s)，t t为观测时间，T T为光振光振动周期周期 第13页，本讲稿共31页讨讨 论：论：1.1.若相位差随时间作无规则变化，即若相位差随时间作无规则变化，即 随机取遍随机取遍0 0到到2 2间所有值，则有：间所有值，则有：结论：非相干叠加，结论：非相干叠加，I I为两振动强度之和。为两振动强度之和。结论：相干叠加，结论：相干叠加，I I随相位差有规律地变化。随相位差有规律地变化。2.2.若相位差不随时间变化，即若相位差不随时间变化，即 与与t t无关，无关，则有则有:第14页，本讲稿共31页相干叠加合强度的变化规律：相干叠加合强度的变化规律：此时为干涉加强（相长）此时为干涉加强（相长）此时为干涉减弱（相消）此时为干涉减弱（相消）a.若若b.若若c.若若 为其他任意值时为其他任意值时第15页，本讲稿共31页3.N（2）列列同同频频率率、同同振振幅幅、同同振振动动方方向向光光波波的叠加：的叠加：第16页，本讲稿共31页1.2由单色波叠加所形成的干涉图样由单色波叠加所形成的干涉图样 一一.相位差和光程差相位差和光程差 p s1 s2 r1 r2 S1点：点：S2点：点：P点：点：第17页，本讲稿共31页定义：光程定义：光程物理意义：物理意义：光波在折射率为光波在折射率为n的介质中传播的介质中传播r路程路程，等效于在等效于在真空中传播了真空中传播了nr的路程（时间相同）的路程（时间相同）光程差：光程差：物理意义：物理意义：光波在不同（或相同）介质中传播光程的差别，光波在不同（或相同）介质中传播光程的差别，等效于光波在真空中传播路程的差别。等效于光波在真空中传播路程的差别。相位差为相位差为相位差为相位差为第18页，本讲稿共31页下面考虑下面考虑 0101=0202，n n1 1=n=n2 211的情况，相位差为的情况，相位差为:二二.干涉图样的形成干涉图样的形成 干涉强度表达式干涉强度表达式:1 1、干涉条件、干涉条件明暗条纹形成条件明暗条纹形成条件:亮条纹：亮条纹：第19页，本讲稿共31页暗条纹：暗条纹：(j=0，1，2，)(j=0，1，2，)第20页，本讲稿共31页 如果如果S S1 1和和S S2 2发出的波向一切方向传播，并且发出的波向一切方向传播，并且光光波是在空气中传播波是在空气中传播 n1，r2r1，则，则光强相同光强相同的空间各点的位置的空间各点的位置满足条件满足条件 由上式可知，这些点的位置是在以由上式可知，这些点的位置是在以S S1 1和和S S2 2连线为连线为轴的轴的双叶旋转双曲面双叶旋转双曲面上。上。第21页，本讲稿共31页双叶旋转双曲面第22页，本讲稿共31页2 2、某一屏上的双曲线条纹顶点的位置：、某一屏上的双曲线条纹顶点的位置：P0dr0S1S2Pr1r2ryr2r1P1第23页，本讲稿共31页明条纹：明条纹：暗条纹：暗条纹：3 3、条纹间距、条纹间距相邻级数的亮纹（或暗纹）相邻级数的亮纹（或暗纹）y y值之差：值之差：第24页，本讲稿共31页4.总结：总结：i.明纹位置明纹位置ii.暗纹位置暗纹位置iii.明（暗）条纹顶点间距明（暗）条纹顶点间距第25页，本讲稿共31页iv.光强分布光强分布一系列近乎平行、等间距、明暗相间的条纹一系列近乎平行、等间距、明暗相间的条纹v.条纹特点：条纹特点：第26页，本讲稿共31页vi.vi.白光（或其他非单色光）入射时白光（或其他非单色光）入射时,非零级干涉条纹带有各种颜色，非零级干涉条纹带有各种颜色，j 较大时有较大时有光谱重叠光谱重叠现象现象第27页，本讲稿共31页例题（习题例题（习题13）折射率折射率为为1.5的玻璃片插入的玻璃片插入杨杨氏氏实验实验的一束的一束光路中，光屏上原来第光路中，光屏上原来第5级级亮条亮条纹纹所在的位所在的位置置变为变为中央亮条中央亮条纹纹，试试求插入的玻璃片的求插入的玻璃片的厚度。已知光波波厚度。已知光波波长为长为6107m。第28页，本讲稿共31页dr0S1S2PP0r1r2rh第第5级亮条纹级亮条纹位置变成中位置变成中央亮条纹央亮条纹求玻璃片的求玻璃片的厚度为多少厚度为多少？第29页，本讲稿共31页解：在玻璃片插入前，光屏上解：在玻璃片插入前，光屏上第第5级（级（j5）亮条纹亮条纹所在位所在位置满足条件置满足条件在玻璃片插入后，该位置变为在玻璃片插入后，该位置变为中央亮条纹（中央亮条纹（j0），所对应的，所对应的光程差变为光程差变为并满足条件并满足条件将（将（1）式代入上式有）式代入上式有第30页，本讲稿共31页最后得到玻璃片的厚度为最后得到玻璃片的厚度为答：插入的玻璃片的厚度为答：插入的玻璃片的厚度为6106m。第31页，本讲稿共31页