大学物理下-光的干涉.ppt

光的干涉复习课一、基本要求1理解获得相干光的基本方法，掌握光程的概念；2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；3了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。二、基本内容1获得相干光的基本方法（波阵面分割法，振幅分割法）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3、相长干涉和相消干涉的条件 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：a、讨论:一定时，一定，：等厚干涉一定，：等倾干涉b、透射光的干涉（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(若，则)平行于棱边的明暗相间的直条纹劈尖(棱边)处:,暗纹；相邻明(暗)条纹间距：（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代入，讨论：中间一点是暗圆斑；条纹不是等间距的，越外越小 中间填充介质，仍有一条光线 有半波损失:明环：暗环：（3）增透与增反增透：增反：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，（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？）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 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7条明纹8条（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：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 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）（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 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）（）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！光的衍射光的偏振复习课一、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 光的衍射（3）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：角宽度斜入射：条纹位置：2衍射光栅（1）光栅衍射是单缝衍射和各缝干涉的总效果（2）光栅方程（3）缺级条件，当同时成立时，衍射光第 级缺级且（4）各主极大的位置（1）角位置：当 角很小时（2）线位置b、相邻主极大的间距（1）角间距（2）线间距a、各主极大的位置（5）斜入射时的光栅方程(2)谱线缺级：缺级条件：（1）最大级数a、垂直入射（6）屏上最多可以看到的主极大的条数 b、斜入射（1）可观测到的最大级数上下（2）共可观测到3光学仪器的分辩率最小分辨角分辨率 4、x射线衍射布拉格衍射公式 掠射角；d晶格常数2、马吕斯定律3、布儒斯特定律：1、偏振态自然光、偏振光、部分偏振光第二部分：光的偏阵自然光通过偏振片后，强度为三、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（a）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）讨论下列光线的反射和折射.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）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（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，（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)（1）由 得明纹中心位置因为条纹间距（2）欲求在单缝中央明纹范围内有多少条明纹，需知缺级条件因为，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)（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（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0,1,2,3,4,5,6,7,9,10,11,13,144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 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