波动光学光的干涉课件.ppt

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1、关于波动光学光的干涉第1页，此课件共48页哦普通光源：自发辐射独立(不同原子发的光)独立(同一原子先后发的光)发光的随机性 发光的间歇性第2页，此课件共48页哦 光波是电磁波。光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用）的是 E 矢量，称为光矢量。3、光强O0I20I 2 2 单色光只含单一波长的光。复色光含多种波长的光。准单色光光波中包含波长范围 很窄的成分的光。2、光的颜色和光谱可见光频率范围Hz.141410931077 可见光波长范围0A7600 3900 第3页，此课件共48页哦 E 矢量的振动称为光振动。在波动光学中，主要讨论的是相对光强，因此在同一介质中直接把光强定义为：20I

2、E二、光的相干性相干波的条件：同频率，同振动方向，相位差恒定干涉现象：在相干区域内，一些点振动始终加强，一些点始终减弱。第4页，此课件共48页哦获得两束相干光的方法获得两束相干光的方法分振幅法 其原理是利用反射、折射把波面上某处的振幅分成两部分，再使它们相遇从而产生干涉现象。第5页，此课件共48页哦*光源1s2s分波阵面法 光源发出的某一波阵面上，取出两部分面元作为相干光源第6页，此课件共48页哦一、杨氏双缝干涉实验S1S2S*14-2 杨氏双缝干涉实验 光程 劳埃德镜第7页，此课件共48页哦杨氏干涉条纹D d波程差：sindrr 12干涉加强明纹位置,kkDxkd(21)(2 1),2(2

3、1)2kkDxkd S1S2SD xd1r2rpo 干涉减弱暗纹位置tanxddD 0,1,2k 干涉级：第8页，此课件共48页哦 dDxxxkk 1(1)明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧。dxDxx1 干涉条纹特点：(2)相邻明条纹和相邻暗条纹等间距，与干涉级k无关。两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。1k2k1k3k3k2k第9页，此课件共48页哦)/(kDxd 方法一：D/xd 方法二：(3)D,d一定时，由条纹间距可算出单色光的波长。(4)中央条纹由波程差 确定。其位置不一定在坐标原点处。0第10页，此课件共48页哦1、菲涅耳双面镜Dd 虚光

4、源 、1S2S21SSWW平行于屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕上明暗条纹中心对O点的偏离 x为：二、其它分波阵面干涉装置S1S2S2M1MWWDdox光栏C第11页，此课件共48页哦2 洛埃镜1S2SMLdpQ pQD光栏EE E 第12页，此课件共48页哦 当屏幕 E 移至 处，从 S1和 S2 到 L点的光程差为零，但是观察到的是暗条纹，表明两光波在此干涉相消。相位差应为 。说明反射时有相位突变或半波损失存在。E结论：光由光疏介质（垂直或掠）入射到光密介质界面上时，反射光相对入射光产生 相位突跃变或称半波损失第13页，此课件共48页哦光程 干涉现象决定于两束相干光的相位差。

5、两束相干光通过不同的介质时，相位差不能单纯由几何路程差决定。c 光的波长光的波长真空中真空中 nu介质中光的波长ncu nn 光在折射率为n的介质中传播几何路程为r，相应的相位变化为 nrrn 22三、光程与光程差波源的振动频率第14页，此课件共48页哦;i iinrndr光程 光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程，它避免了介质中波长的概念，因为通常已知的波长都是真空中的波长。ctrucnr 1S2S1n1r2r2nPnrrn 221 12 21 12 2222()nrn rnrn rS1,S2初相位相同的相干光源定义 nr 为光程第15页，此课件共48页哦光程差1 12 2()n rn

6、 r 2 光在真空中的波长若两相干光源不是同相位的 20 ,k(2 1)2k 0,1,2k 加强（明）两相干光源同相位，干涉条件0,1,2 k 减弱（暗）第16页，此课件共48页哦ABCDEABCDE透镜不会引起附加的光程差LFFL透镜的等光程性透镜的等光程性透镜的等光程性第17页，此课件共48页哦不同光线通过透镜要改变传播方向，但不会引起附加光程差ABCabcFA、B、C 的位相相同，在F点会聚，互相加强A、B、C 各点到F点的光程都相等。AaF比BbF经过的几何路程长，但BbF在透镜中经过的路程比AaF长，透镜折射率大于1，折算成光程，AaF的光程与BbF的光程相等。解释使用透镜不会引起各

7、相干光之间的附加光程差。第18页，此课件共48页哦问：原来的零级条纹移至何处？若移至原来的第 k 级明条纹处，其厚度 h 为多少？1S2S1r2rh：已知：S2 缝上覆盖的介质厚度为 h，折射率为 n，设入射光的波长为.21()rhnhr 解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差21(1)rrnh 当光程差为零时，对应所以零级明条纹下移0 例例第19页，此课件共48页哦原来 k 级明条纹位置满足：21,0rrkk 设有介质时零级明条纹移到原来第 k 级处，它必须同时满足：21(1)rrnh 1khn1S2S1r2rhk 第20页，此课件共48页哦 利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和折射，

8、可在反射方向（或透射方向）获得相干光束。肥皂泡的干涉条纹14-3 薄膜干涉 第21页，此课件共48页哦油膜上的干涉条纹蝉翼上的干涉条纹其它干涉条纹第22页，此课件共48页哦扩展光源照射下的薄膜干涉ABCD3n1n2neia1a2a 在一均匀透明介质n1中放入上下表面平行,厚度为e 的均匀介质 n2(n1)，用扩展光源照射薄膜，其反射和透射光如图所示第23页，此课件共48页哦M1M2n1n3n2eLir2i134Pdabci光在界面处的相位跃变1.1.光路分析光路分析第24页，此课件共48页哦2 光线a2与光线 a1的光程差为：21()(/2)n ACCBn AD 讨 论 有 无半波损失 tan

9、eAB2 cos/eCBAC sinnisinn21 isinABAD 22cos()2en222212sin()2e nni ABCD3n1n2neia1a2a第25页，此课件共48页哦半波损失（额外程差）问题123nnn321nnn薄膜折射率介于中间无半波损失123nnn123nnn薄膜折射率比两边大或小时,有半波损失两边为同种介质时是否有半波损失？薄膜aa1a2n1n2n3第26页，此课件共48页哦222212sin()2(21)2e nnikk 干涉加强干涉相消若垂直入射，即i=022()2en n1n3n2e123 干涉条件相同入射角（倾角）的光线干涉形成同一级条纹，因此这种干涉又名

10、等倾干涉。第27页，此课件共48页哦M1M2n1n3n2e34bir222212sin/2e nni透（）/2光程差加与不加的条件与反射光时的正好相反 薄膜折射率介于中间时有半波损失；薄膜折射率比两边的大或小时无半波损失。4.透射光的干涉第28页，此课件共48页哦增透膜-利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。增反膜-利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。5、增透膜和增反膜、增透膜和增反膜第29页，此课件共48页哦问：若反射光相消干涉的条件中取 k=1，膜的厚度为多少？此增透膜在可见光范围内有没有增反？例 已知用波长 ，照相机

11、镜头n3=1.5，其上涂一层 n2=1.38的氟化镁增透膜，光线垂直入射。nm550 21222/)(kdn解：因为 ，所以反射光光程差不考虑/2。反射光干涉相消的条件是：321nnn11n5.13n38.12nd代入k 和 n2 求得：mnd792109822381410550343 .第30页，此课件共48页哦此膜对反射光干涉相长的条件：kdn 22nmk85511 nmk541222.nmk27533 可见光波长范围 400700nm波长412.5nm的可见光有增反。11n5.13n38.12nd第31页，此课件共48页哦一、劈尖干涉夹角很小的两个平面所构成的薄膜D12rad101054

12、 ：空气劈尖棱边楔角劈尖干涉（等厚干涉）牛顿环第32页，此课件共48页哦平行单色光垂直照射空气劈尖上，上、下表面的反射光将产生干涉，厚度为e 处，两相干光的光程差为22 e12neO第33页，此课件共48页哦干涉条件1,2,322(21)20,1,2kkekk 明条纹暗条纹劈尖上厚度相同的地方，两相干光的光程差相同，对应一定k值的明或暗条纹。等厚干涉棱边处，e=0,=/2，出现暗条纹实心劈尖22()2n e 12n2eOn1n3第34页，此课件共48页哦空气劈尖任意相邻明条纹对应的厚度差：21/eekk 1sin2sin2kkeel任意相邻明条纹(或暗条纹)之间的距离 l 为：在入射单色光一定

13、时，劈尖的楔角愈小，则l愈大，干涉条纹愈疏；愈大，则l愈小，干涉条纹愈密。当用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹。ke1kel非空气劈尖22ln第35页，此课件共48页哦 测细小直径、厚度、微小变化h待测块规标准块规平晶 测表面不平度等厚条纹待测工件平晶 检验透镜球表面质量标准验规待测透镜暗纹第36页，此课件共48页哦利用空气劈尖干涉原理测定样品的热膨胀系数样品平板玻璃石英圆环 空气劈尖 上平板玻璃向上平移/2的距离，上下表面的两反射光的光程差增加。劈尖各处的干涉条纹发生明暗明(或暗明暗)的变化。如果观察到某处干涉条纹移过了N条，即表明劈尖的上表面平移了N/2的距离。劈尖干涉的应

14、用劈尖干涉的应用-干涉膨胀仪干涉膨胀仪第37页，此课件共48页哦eoRr 暗条纹明条纹21021232122,)(,kkkke 空气薄层中，任一厚度e处上下表面反射光的干涉条件：二二、牛顿环、牛顿环第38页，此课件共48页哦eoRr222222()(1)2erRReRReRReR Rre22 各级明、暗干涉条纹的半径：明条纹321212,)(kRkr 暗条纹210,kkRr 随着牛顿环半径的增大，条纹变得越来越密。e=0,两反射光的光程差=/2，为暗斑。第39页，此课件共48页哦RrCMNdo例 已知：用紫光照射，借助于低倍测量显微镜测得由中心往外数第 k 级明环的半径 ,k 级往上数第16

15、个明环半径 ，平凸透镜的曲率半径R=2.50mmrk31003 .mrk3161005 .2116216 Rkrk)(求：紫光的波长？解：根据明环半径公式：212 Rkrk)(Rrrkk162216 m7222210045021610031005 .).().(第40页，此课件共48页哦14-4 14-4 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪 Albert Abrham Michelson,1852-1931 1907年诺贝尔物理学奖获得者第41页，此课件共48页哦M1S半透半反膜2121G1G2M1M2第42页，此课件共48页哦一、迈克耳逊干涉仪光束2和1发生干涉若M1、M2平行 等倾条纹若M1、M

16、2有小夹角 等厚条纹若条纹为等厚条纹，M1平移d时，干涉条移过N条，则有：2 NdM12211S半透半反膜M2M1G1G2应用：微小位移测量测折射率第43页，此课件共48页哦S1M2MAB例.在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入 10 厘米长的玻璃管 A、B，其中一个抽成真空，另一个在充以一个大气压空气的过程中观察到107.2 条条纹移动，所用波长为546nm。求空气的折射率？第44页，此课件共48页哦22xn llk解：设空气的折射率为 n1 107.2/2xnnl 00029271122107.ln 迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数。精度高。S1M2MAB 充气过程中折射率在变化，所以k也在变化。2xl nk第45页，此课件共48页哦光总是包含一定波长范围，范围内每一个波长的光均匀形成各自的一套干涉条纹。IxO对于谱线宽度为的单色光，干涉条纹消失的位置满足()(1)cckk二、光源的非单色性对干涉条纹的影响二、光源的非单色性对干涉条纹的影响 （光场的时间相干性）（光场的时间相干性）第46页，此课件共48页哦与该干涉级kc对应的光程差c，就是实现最大光程差 ck()(1)cckk22()cck 光的单色性（即的宽度）决定了能产生清晰干涉条纹的最大光程差第47页，此课件共48页哦感谢大家观看第48页，此课件共48页哦