物理下光的干涉精品文稿.ppt

物理下光的干涉第1页，本讲稿共51页一、基本要求1 1理解获得相干光的基本方法，掌理解获得相干光的基本方法，掌握光程的概念；握光程的概念；2 2会分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等会分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置和条件；厚干涉条纹的位置和条件；3 3了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。二、基本内容1 1获得相干光的基本方法获得相干光的基本方法 （波阵面分割法，振幅分割法）（波阵面分割法，振幅分割法）第2页，本讲稿共51页2光程（1）光在折射率n的介质中，通过的几何路程L所引起的相 位变化，相当于光在真空中通过nL的路程所引起的相位变化。（2）光程差引起的相位变化为其中 为光程差，为真空中光的波长 两束光（反射光）由于相位突变所引起的光程差。（3）附加光程差第3页，本讲稿共51页3、相长干涉和相消干涉的条件、相长干涉和相消干涉的条件 第4页，本讲稿共51页 4杨氏双缝干涉（波阵面分割法）得：明纹位置暗纹位置条纹间距第5页，本讲稿共51页4薄膜干涉（振幅分割法）入射光在薄膜上表面由于入射光在薄膜上表面由于反反 射射和折射而分振幅，在上、下和折射而分振幅，在上、下 表面的反射光干涉表面的反射光干涉（）光程差反射光的干涉公式：反射光的干涉公式：第6页，本讲稿共51页a a、讨论、讨论:一定时，一定时，一定，一定，：等厚干涉：等厚干涉一定，一定，：等倾干涉：等倾干涉b、透射光的干涉、透射光的干涉第7页，本讲稿共51页（1）劈尖干涉所以（加强明纹）（减弱暗纹）相邻两明（暗）条纹处劈尖厚度差相邻两明（暗）条纹处劈尖厚度差 (若 ，则 )平行于棱边的明暗相间的直条纹平行于棱边的明暗相间的直条纹劈尖劈尖(棱边棱边)处处:,暗纹；暗纹；相邻明相邻明(暗暗)条纹间距：条纹间距：第8页，本讲稿共51页（2）牛顿环干涉干涉条纹是以接触点为中心的同心圆环，其中R为透镜的曲率半径暗环半径其明环半径将将代入，代入，第9页，本讲稿共51页讨论：讨论：中间一点是暗圆斑；中间一点是暗圆斑；条纹不是等间距的，越外越小条纹不是等间距的，越外越小 中间填充介质，仍有一条光线中间填充介质，仍有一条光线 有半波损失有半波损失:明环：明环：暗环：暗环：第10页，本讲稿共51页（3）增透与增反增透与增反增透：增透：增反：增反：第11页，本讲稿共51页 利用振幅分割法使两个相互垂直的平面镜形成一等效的空气薄膜，产生干涉。视场中干涉条纹移动的数目与相应的空气薄膜厚度改变（平面镜平移的距离）的关系5迈克耳孙干涉仪第12页，本讲稿共51页三、讨论 1单色光垂直入射劈尖，讨论A、B处的情况A处条纹明暗B处光程差明B处光程差A处条纹明暗暗B处光程差A处条纹明暗 明B处光程差A处条纹明暗暗第13页，本讲稿共51页2杨氏双缝干涉中，若有下列变动，干涉条纹将如何变化（1）把整个装置浸入水中此时波长为 ，则条纹变密（2）在缝S2处慢慢插入一块厚度为t介质片，第14页，本讲稿共51页（3）将光源沿平行S1S2连线方向作微小移动 图示S向下移动，此时 ，于是中央明纹的位置向上移动（为什么？）第15页，本讲稿共51页3图示，设单色光垂直入射，画出干涉条纹（形状，疏密分布和条纹数）（1）上表面为平面，下表面为圆柱面的平凸透镜放在平板玻璃上。由得明纹条件当可观察到第四级明条纹，即第16页，本讲稿共51页 由图知可得明条为8条，暗条为7条的直线干涉条纹（图示）。暗纹中心暗纹中心暗纹暗纹7条条明纹明纹8条条第17页，本讲稿共51页（2）平板玻璃放在上面，下面是表面为圆柱面的平凹透镜。同理，由 可观察到第 的明条纹，但对应 处，只有一条明条纹，则共可看到7条明纹、8条暗纹（图示）暗纹8条明纹7条第18页，本讲稿共51页4图示牛顿环装置中，平板 玻璃由两部分组成的 ()，透镜玻 璃的折射率 ，玻璃与透镜之间的间隙充满 的介质，试讨论形成牛顿环的图样如何？讨论：分别写出左右两侧的反射 光的光程差表示式（对应同一厚度）与第19页，本讲稿共51页左右两侧明暗相反的半圆环条纹（图示）可见，对应同一厚度处，左 右两侧的光程差相差半波长 ，即左边厚度 处为暗纹时，右 边对应厚度 处却为明纹，反之亦然，因此可观察到的牛顿环的图样是：第20页，本讲稿共51页四、计算 若以 光垂直入射，看到七条暗纹，且第七条位于N处，问该膜厚为多少。1测量薄膜厚度。图示欲测 定 的厚度，通常将其磨 成图示劈尖状，然后用光的干涉方法测量。解：由于则由暗条纹条件得第21页，本讲稿共51页 已知N处为第七条暗纹，所以取 ，得 方法2：劈尖相邻明条（暗条）间的垂直距离为 ，今有七条暗纹，棱边为明条纹，则其厚度第22页，本讲稿共51页解（1）设在A处，两束反射光的光程差为若计算透射光，图示 2牛顿环装置中平凸透镜与平板玻璃有一小间隙 ，现用波长为 单色光垂直入射（1）任一位置处的光程差（2）求反射光形成牛顿环暗环的表述式（设透镜的曲率半径为R）第23页，本讲稿共51页（2）形成的暗纹条件（1）由图示几何关系知（设A处环半径r）（2）代入式（1）得为正整数，且第24页，本讲稿共51页 解：在油膜上、下两表面反射光均有相位跃变，所以，两反射光无附加光程差3折射率为n=1.20的油滴在 平面玻璃（折射率为 上 形成球形油膜，以 光 垂直入射，观察油膜反射光的干涉条纹，求若油膜中心最高点与玻璃平面相距1200nm，能观察到几条明纹？因此明纹条件满足（1）第25页，本讲稿共51页（）时，（油漠边缘处）（或以 代入式(1)，可得k取整数）即可看到五条明纹同心圆环）讨论：当油膜扩大时，条纹间距将发生什么变化？（不变，变小，变大）变大！第26页，本讲稿共51页光的衍射光的偏振复习课第27页，本讲稿共51页一、基本要求1了解惠更斯菲涅耳原理2掌握单缝夫琅禾费衍射的条纹分布，以及缝宽，波长等对衍射条纹的影响3理解光栅衍射方程，会分析光栅常数，光栅缝数N等对条纹的影响4理解线偏振光获得和检验的方法，马吕斯定律第28页，本讲稿共51页二、基本内容1单缝夫琅禾费衍射（1）半波带法的基本原理（2）明暗条纹的条件第一步分第一步分 光的衍射光的衍射第29页，本讲稿共51页 （3）明暗纹中心的位置）明暗纹中心的位置线宽度明条纹宽度（4）条纹宽度中央明条宽度：角宽度第30页，本讲稿共51页斜入射：斜入射：条纹位置：条纹位置：第31页，本讲稿共51页2 2衍射光栅衍射光栅（1 1）光栅衍射是单缝衍射和各缝干涉的总）光栅衍射是单缝衍射和各缝干涉的总效果效果（2 2）光栅方程）光栅方程（3 3）缺级条件，当）缺级条件，当同时成立时，衍射光第 级缺级且第32页，本讲稿共51页（4）各主极大的位置）各主极大的位置（1 1）角位置：）角位置：当当 角很小时角很小时（2 2）线位置）线位置b b、相邻主极大的间距、相邻主极大的间距（1）角间距）角间距（2）线间距）线间距a、各主极大的位置、各主极大的位置第33页，本讲稿共51页（5）斜入射时的光栅方程）斜入射时的光栅方程(2)谱线缺级：谱线缺级：缺级条件：缺级条件：（1）最大级数）最大级数a、垂直入射、垂直入射（6）屏上最多可以看到的主极大的条数）屏上最多可以看到的主极大的条数 第34页，本讲稿共51页b、斜入射、斜入射（1）可观测到的最大级数）可观测到的最大级数上上下下（2）共可观测到）共可观测到第35页，本讲稿共51页3光学仪器的分辩率最小分辨角分辨率分辨率 4、x射线衍射布拉格衍射公式射线衍射布拉格衍射公式 掠射角；掠射角；d晶格常数晶格常数第36页，本讲稿共51页2、马吕斯定律、马吕斯定律3、布儒斯特定律：、布儒斯特定律：1、偏振态、偏振态自然光、偏振光、部分偏振光自然光、偏振光、部分偏振光第二部分：光的偏阵第二部分：光的偏阵自然光通过偏振片后，强度为自然光通过偏振片后，强度为第37页，本讲稿共51页三、讨论1由下列光强分布曲线，回答问题 各图的 等于多少？有哪些缺级?缺级中央明纹中有3个主极大图（图（a a）第38页，本讲稿共51页 各图的 等于多少？有哪些缺级?缺级中央明纹中有7个主极大图（b）第39页，本讲稿共51页讨论下列光线的反射和折射讨论下列光线的反射和折射.第40页，本讲稿共51页四、计算1单缝衍射，缝宽b=0.5mm，透镜焦距f=50cm，以白光垂直 入射，观察到屏上 x=1.5mm明纹中心求：（1）该处光波的波长（2）此时对应的单缝所在处的波阵面分成的波带数为多少？又因为（2）解（1）由单缝衍射明纹条件得（1）第41页，本讲稿共51页由式（1），式（2）得，处波长为在可见光范围内，满足上式的光波：可允许在屏上x=1.5mm处的明纹为波长600nm的第二级衍射和波长为420nm的第三级衍射第42页，本讲稿共51页（2）此时单缝可分成的波带数分别是讨论：当单缝平行于透镜（屏）上下微小平移时，屏上的条纹位置是否也随之移动.位置不变！为什么？2双缝干涉实验中，缝距 ，缝宽 ，即双缝（N=2）的衍射，透镜焦距f=2.0m，求当 光垂直入射时，第43页，本讲稿共51页（1）条纹的间距（2）单缝中央亮纹范围内的明纹数目（为什么要讨论这一问题？）解：分析 双缝干涉却又受到每一缝（单缝）衍射的制约，成为一个双缝衍射，(图示衍射图样)第44页，本讲稿共51页（1）由 得明纹中心位置因为条纹间距（2 2）欲求在单缝中央）欲求在单缝中央明纹范围内有多少条明明纹范围内有多少条明纹，需知缺级条件纹，需知缺级条件第45页，本讲稿共51页因为 ，即出现缺级现象 所以，在单缝中央明级范围内可以看到9条明纹(-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4)第46页，本讲稿共51页（3）若以 角倾斜入射光栅，在屏上显示的全部级数为多少3=600nm单色光垂直入射光栅，已知第二级，第三级明纹分别位于 处，且第4级缺级，求（1）光栅常数（）和缝宽a（2）在屏上实际显示的全部级数为多少？解（1）由光栅方程，有第47页，本讲稿共51页已知得又因第4级缺级，则由 ，得（2）设 ，则 可以见到 （k=9条)，包括零级明纹，但是：由于有缺级，则可见到15条第48页，本讲稿共51页（3）此时屏上条纹不再对称，在一侧有另一侧有当 时，时，考虑到第4，8，12及-4为缺级以及实际效果，共观察到15条明纹，全部级数为0,1,2,3,4,5,6,7,9,10,11,13,14第49页，本讲稿共51页4将一束自然光和线偏振光的混合光垂直入射-偏振片若以入射光束为轴转动偏振片，测得透射光强度的最大值是最小值的3倍，求入射光束中自然光与线偏振光的光强之比值。解：设自然光强为 ，则通过偏振片后光强始终为设线偏振光强为 ，其通过偏振片后的最小光强为零，最大光强为第50页，本讲稿共51页 所以透射光总强度：最小值为 ，最大值为根据得即两光束的光强相同第51页，本讲稿共51页