大学物理学光干涉ppt课件.ppt

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1、1光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光的偏振光的偏振21、光强与光源、光强与光源2、光的分波振面干涉、光的分波振面干涉3、光的分振幅干涉、光的分振幅干涉3惠更斯原理惠更斯原理 媒质中波动传到的各点，都可看作是发射子波的波源；媒质中波动传到的各点，都可看作是发射子波的波源；在其后的任一时刻，这些子波的包迹就决定新的波振面在其后的任一时刻，这些子波的包迹就决定新的波振面。衍射衍射球面波球面波平面波平面波41、光强与光源、光强与光源一、光强一、光强HES 平面波平面波cxtHES200cos平均值平均值2000E21HE21S 2E电场强度的平方对观测时间取平均电场强度的平方对观测时间取平均则则2EI

2、 5二、光波干涉二、光波干涉对于相干波源对于相干波源 cosAA2AAA2122212光源光源 cosEE2EEE2122212 cosII2III2121用光强表示用光强表示 221maxIII k2 21II 1max4II0minI 221minIII 12 k6三、光源发光的特点三、光源发光的特点四、相干光的获得四、相干光的获得72、光的分波振面干涉、光的分波振面干涉390455492577597622780nm 紫 蓝 绿 黄 橙 红8pD1s2sS1r2r1N2NOx2a一、双缝实验一、双缝实验x 12rr 212 kk 加强加强 消弱消弱 22222221axDraxDr 121

3、2122122rrrrrrrr ax4 DaxDax224 212 kk 3 , 2 , 12 , 1 , 0 kk 明纹明纹 暗纹暗纹3 , 2 , 12 , 1 , 0 kk10明纹位置明纹位置aDkx2 暗纹位置暗纹位置 aDkx412 明纹，暗纹间距明纹，暗纹间距aDx2讨论讨论 : D 2a11pD1s2sS1r2r1N2NOx2a 一、双缝实验一、双缝实验x12 sinsin2da Dx tansin 21k2k 明纹明纹 暗纹暗纹= dDkxdDkx212 明纹位置明纹位置 暗纹位置暗纹位置 dDx 条纹间距条纹间距13重叠区Ss1234二、洛埃镜实验二、洛埃镜实验14三、菲涅耳

4、双镜实验三、菲涅耳双镜实验S1s2s1M2M1234pA15菲涅耳双镜实验菲涅耳双镜实验S1s2s1M2MpA 镜面夹角镜面夹角两虚光源夹角两虚光源夹角DLAB2 222 16例、已知例、已知 mLnmmrrad5.15005.0103 求：求： 1、 明纹间距明纹间距 2、 能看见几条明纹能看见几条明纹 sin22cos22raLrD mmrLraDx1sin2cos2 1、2、mmLtgAB320.5mmS1s2s1M2MpADLAB2173、光的分振幅干涉、光的分振幅干涉一、光程，光程差：一、光程，光程差：真空真空 12rr 21200 kk明纹明纹暗纹暗纹界质中界质中 界界界界12rr

5、 212界界界界 kk明纹明纹暗纹暗纹折射定率折射定率界界界界 00sinsin vcinn0 界界1812nrnr 12nrnr 21200 kk明纹明纹暗纹暗纹光程光程光程差光程差nr1r2rpdn 11212 ndrrnddrr 19例例1、杨氏双缝实验中，、杨氏双缝实验中，P为屏上第五级亮纹所在位置。现将为屏上第五级亮纹所在位置。现将 一一 玻璃片插入光源玻璃片插入光源 发出的光束途中，则发出的光束途中，则P点变为中央点变为中央 亮条纹的位置，求玻璃片的厚度。亮条纹的位置，求玻璃片的厚度。1P21SSP解、没插玻璃片之前二光束的光程差为解、没插玻璃片之前二光束的光程差为已知已知: 玻璃

6、玻璃m6 . 05 . 1n 512 rr1r2r插玻璃片之后二光束的光程差为插玻璃片之后二光束的光程差为 011212 ndrrnddrr 55 . 0 dmd 610 20二、薄膜干涉二、薄膜干涉 na12340n0nABcE1i2ihG 0AEnnBCAB 1202sin2cos2itgihnihn 2222icosisinhn2icoshn2 222sin1cos2iihn 21222sincoshtgiGBACiACAEihAB 021sinsinnniib12202sincossin2cos2iiihnihn 2cos2ihn 2122sin12ihn 考虑考虑1光线反射时的半波损

7、失光线反射时的半波损失2icosnh202 212 kk=亮亮暗暗 na12340n0nABcE1i2ihG12202sin2innh 221、等倾干涉、等倾干涉h一定一定A、 光程差是倾角的函数，光程差是倾角的函数， 各级亮条纹，随倾角各级亮条纹，随倾角 变化，一个确定的亮变化，一个确定的亮 纹上，倾角是一个定值。纹上，倾角是一个定值。 B、 干涉条纹出现在光线的交点。干涉条纹出现在光线的交点。 对于平行光线，可用透镜对于平行光线，可用透镜 聚焦，聚焦， 拍照时胶片应放拍照时胶片应放 在焦平面。在焦平面。 透镜有两个作用：透镜有两个作用： 出现干涉条纹，出现干涉条纹， 增加条纹亮度。增加条纹

8、亮度。 C、 透涉光无位相突变，透涉光无位相突变， 干涉条纹的形状与反射光的互补。干涉条纹的形状与反射光的互补。232、等厚干涉，、等厚干涉，倾角一定倾角一定 I=02nh20 厚度相等处，出现干涉厚度相等处，出现干涉条纹一样。条纹一样。条纹出现在表面附近。条纹出现在表面附近。用肥皂液实现等厚干涉用肥皂液实现等厚干涉h=0 处是明暗条纹的条件处是明暗条纹的条件 2nh20 212 kk明纹明纹暗纹暗纹nh22024三、薄膜干涉的应用：三、薄膜干涉的应用： 等厚干涉等厚干涉lh明纹对应的厚度明纹对应的厚度n22mh 相邻明纹的厚度差相邻明纹的厚度差nh2 llh sin讨论：讨论：上表面平移上表

9、面平移h ln 225例例1、已知契形平面玻璃的折射率、已知契形平面玻璃的折射率518. 1n用读数显微镜测出用读数显微镜测出21条干涉条干涉条纹的间距为条纹的间距为1.844mm,所用所用激光波长激光波长m6328. 0求、玻璃两表面的夹角求、玻璃两表面的夹角解、解、ml 2 .9220844. 1 46 72 .92518. 126328. 02 ln 26例例2、在玻璃表面镀一层均匀薄膜，、在玻璃表面镀一层均匀薄膜， 为使可见光中对人眼最敏感为使可见光中对人眼最敏感 的光反射相消，求膜的最小的光反射相消，求膜的最小 厚度。厚度。玻璃玻璃5.1n38.1n1n21 空气空气2MgF 212

10、2 mnh暗纹暗纹mnhnh 1 .038.1455.044 减反膜减反膜增透膜增透膜27牛顿环牛顿环透射光透射光光学光学 2h2 212 kk明明暗暗几何几何 22222hhR2rhRrR hRr22 kh 2暗环暗环 kRr 2 kRrrkkk 22oRRrh28迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪2Nd长度单位米的定义长度单位米的定义1M2ML121M2h Kr8673.16507631 米米米是电磁波在真空中在米是电磁波在真空中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的长度的时间间隔内行进路程的长度29例例3: 空气中有一厚度为空气中有一厚度为 的薄油膜的薄油膜,油的折射率为油的折射率为

11、1.5, 用白光垂直照射到膜上用白光垂直照射到膜上,问那些波长的光问那些波长的光反射反射最强最强?m 6 . 0解解: 薄膜干涉加强的条件为薄膜干涉加强的条件为 knh 22mkknh 126 . 3212 5 , 4 , 3 k取取nmnmnm400,514,720 ab30例例4: 用尖劈干涉条纹测细丝直径用尖劈干涉条纹测细丝直径,方法是将细丝夹在两块方法是将细丝夹在两块 平板玻璃之间形成空气尖劈平板玻璃之间形成空气尖劈,观察板面上的条纹间距观察板面上的条纹间距 即可算出细丝直径即可算出细丝直径.设金属丝与棱边的距离为设金属丝与棱边的距离为 L , 相相 邻明邻明(暗暗)纹间距为纹间距为

12、.证明金属丝的直径为证明金属丝的直径为:L LLD 20 LD 证明证明: 图示图示 sin LDtg220 nh光学光学Lh sinLD LLD 20 L 20 31例例5: 一薄膜一薄膜n=1.40。放在迈克耳孙干涉仪的一臂上，以波。放在迈克耳孙干涉仪的一臂上，以波 长为长为 之光照射，若出现之光照射，若出现7.0条干涉条纹移条干涉条纹移 动，问薄膜厚度为多少？动，问薄膜厚度为多少？m 5893. 0解：薄膜插入一臂中，两光束光程差改变量为解：薄膜插入一臂中，两光束光程差改变量为 en12 条纹级数改变量为条纹级数改变量为 7 k mne 16. 5127 1M2ML121M32问题：问题

13、：1、为什么叫分波振面？分振幅？、为什么叫分波振面？分振幅？ 2、杨氏双缝干涉和尖劈干涉条纹高级次出现在那里？、杨氏双缝干涉和尖劈干涉条纹高级次出现在那里？ 3、用屏幕观察杨氏双缝干涉条纹，中央为零级亮纹，、用屏幕观察杨氏双缝干涉条纹，中央为零级亮纹， 两侧远离中央区为什么看不到条纹？两侧远离中央区为什么看不到条纹？21SSP12333光程差越大光程差越大,级次越高级次越高.等倾干涉条纹的高级次出现在条纹的中心等倾干涉条纹的高级次出现在条纹的中心.当薄膜厚度增加时条纹中心应出现更高级次的条纹当薄膜厚度增加时条纹中心应出现更高级次的条纹,原来的条原来的条纹将扩展半经纹将扩展半经.我们将看到中心点

14、明暗交替变化我们将看到中心点明暗交替变化,且不断且不断“冒冒”出来新条纹出来新条纹.当薄膜厚度减小当薄膜厚度减小,情况相反情况相反.当光程差大到一定值则波动光学当光程差大到一定值则波动光学- 几何光学几何光学 na12340n0nABcE1i2ihG2cos202 inh 212 kk=亮亮暗暗讨论讨论:34 光的时空相干性光的时空相干性一、时间相干性：光源的单色性一、时间相干性：光源的单色性原子发光持续的时间为原子发光持续的时间为 光波列长度光波列长度 cL 对波列有贡献的单对波列有贡献的单色波的频率范围色波的频率范围 1 cL c 0 35 cL 2 条纹形状条纹形状 光强分部光强分部0长波长波 mMK级级短波短波m K+1级级dDkx aDmx2 明纹位置明纹位置 dDkdDkmm 1 36 mk Lkm 2相干长度相干长度两波列到达相两波列到达相遇点的时间差遇点的时间差cLct 二、空间相干性：光源的大小二、空间相干性：光源的大小37pD1s2sS1r2r1N2NOx2ax38Rbd DRd 相干孔径角相干孔径角 0b光源的临光源的临界宽度界宽度