第三章光的干涉PPT讲稿.ppt
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1、第三章光的干涉1第1页,共69页,编辑于2022年,星期二波动光学对光的描述波动光学对光的描述u光是电磁波光是电磁波u与物质相互作用(感光、生理作用)的主要是与物质相互作用(感光、生理作用)的主要是 矢量矢量-光矢量光矢量。矢量矢量的振动称为的振动称为光振动光振动。振动方程:振动方程:波动方程:波动方程:可见光的范围可见光的范围第2页,共69页,编辑于2022年,星期二第三章第三章 光的干涉光的干涉 (Interference)第3页,共69页,编辑于2022年,星期二一、光的基本常识及干涉基本概念一、光的基本常识及干涉基本概念1.1.光源的发光特性光源的发光特性光源的最基本发光单元是光源的最
2、基本发光单元是分子、原子分子、原子。=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射波列波列波列长波列长 L=c 10-8秒第4页,共69页,编辑于2022年,星期二l普通光源:普通光源:互相独立互相独立互相独立互相独立同一原子先后发的光同一原子先后发的光不同原子发的光不同原子发的光互相独立:互相独立:前后发光间隔,频率前后发光间隔,频率,相位相位,振动振动 方向方向,传播方向传播方向例如例如:普通灯泡发的光普通灯泡发的光;火焰火焰;电弧电弧;太阳光等等太阳光等等自发辐射自发辐射第5页,共69页,编辑于2022年,星期二l激光光源:激光光源:频率频率,相位相位,振动方振动方向向,传播方向传
3、播方向完全完全一样!一样!=(E2-E1)/hE2E1 例如例如:氦氖激光器氦氖激光器;红宝石激光器红宝石激光器;半导体激光器半导体激光器.受激辐射受激辐射第6页,共69页,编辑于2022年,星期二2.光的单色性光的单色性例例:普通单色光普通单色光 :10-2 10 0 激光激光 :10-8 10-5 可见光可见光 103第7页,共69页,编辑于2022年,星期二3.光的相干性光的相干性l相干光:满足相干条件的几束光相干光:满足相干条件的几束光l相干条件:相干条件:振动方向相同,频率相同振动方向相同,频率相同,有恒定的相位差有恒定的相位差l相干光相遇时合成光的振动:相干光相遇时合成光的振动:p
4、12r1r2P点点:振幅:振幅:1 2 E0E10E20第8页,共69页,编辑于2022年,星期二P点光强:点光强:相位差:相位差:干涉项干涉项第9页,共69页,编辑于2022年,星期二4.光程、光程差光程、光程差 媒质中媒质中abndn n媒质媒质 n媒质中波长媒质中波长l光程光程:(光波在某一媒质中所经历的光波在某一媒质中所经历的路程路程d与这媒质与这媒质 的折射率的折射率n的乘积的乘积)真空中波长真空中波长将光在介质中通过的路程按照将光在介质中通过的路程按照相位变化相位变化相同相同折合到真空中的路程折合到真空中的路程第10页,共69页,编辑于2022年,星期二n1n2nmd1d2dm l
5、光程差光程差:光程:光程:P第11页,共69页,编辑于2022年,星期二A.如果同频率两束光,在不同媒质中经过相等的光程。如果同频率两束光,在不同媒质中经过相等的光程。几何路程等否?几何路程等否?不等不等经过时间等否?经过时间等否?相位变化等否?相位变化等否?等等等等B.透镜的等光程性(透镜的等光程性(透镜不产生附加光程差透镜不产生附加光程差)问:问:亮点亮点亮点亮点说明:从与说明:从与光线垂直的面光线垂直的面到焦点,各光线到焦点,各光线等光程。等光程。讨论第12页,共69页,编辑于2022年,星期二5.相位差和光程差的关系:相位差和光程差的关系:6.干涉的条件干涉的条件相长干涉(明条纹)相长
6、干涉(明条纹)(同一束光同一束光)第13页,共69页,编辑于2022年,星期二相消干涉(暗条纹)相消干涉(暗条纹)第14页,共69页,编辑于2022年,星期二Io 2-2 4-4 4I1衬比度差衬比度差(V,D d (d 10-4m,D m)l路程差:路程差:l光程差:光程差:根据两条光路上根据两条光路上介质介质的实际情况,按照的实际情况,按照光程差光程差的公式计算。的公式计算。当整个装置放置于折射率为当整个装置放置于折射率为n的介质中的介质中时时光程差:光程差:第18页,共69页,编辑于2022年,星期二u明纹明纹 当两条相干光经过多种不同介质时当两条相干光经过多种不同介质时光程差:光程差:
7、l干涉结果:干涉结果:在在 较小的情况下,较小的情况下,当整个装置放置于折射率为当整个装置放置于折射率为 n的介的介质中时:质中时:k级明纹位置级明纹位置第19页,共69页,编辑于2022年,星期二u 暗纹暗纹 注意:注意:k=1第一级暗纹第一级暗纹,k=2第二级暗纹第二级暗纹.无零级无零级暗纹暗纹注意:注意:k 等于几,代表第几等于几,代表第几级级明纹。明纹。零级明纹零级明纹(中央明纹中央明纹)由由光程差光程差=0决定。决定。k级暗纹位置级暗纹位置:第20页,共69页,编辑于2022年,星期二相邻两明纹(或暗纹)间距:相邻两明纹(或暗纹)间距:l条纹特点条纹特点:明纹明纹宽度宽度 =暗纹暗纹
8、宽度宽度 =明纹明纹间隔间隔 (3)不同频率的光,同一级条纹(不同频率的光,同一级条纹(k值相同),呈值相同),呈 现的位置不同,干涉条纹间距不同现的位置不同,干涉条纹间距不同,紫紫光较光较密密,红红光较光较稀稀。(2)同一频率光,出现一系列平行同一频率光,出现一系列平行等间距等间距条纹条纹.明暗相间的干涉条纹明暗相间的干涉条纹第21页,共69页,编辑于2022年,星期二(1)一定时,若一定时,若 变化变化,则则 将怎样变化?将怎样变化?第22页,共69页,编辑于2022年,星期二(2)一定时一定时,条纹间距条纹间距 与与 的关系如何?的关系如何?第23页,共69页,编辑于2022年,星期二三
9、、其他分波阵面干涉实验三、其他分波阵面干涉实验(自学自学)菲涅耳双镜(菲涅耳双镜(P P128128)劳埃德镜劳埃德镜(注意半波损失)(注意半波损失)(4 4)白光做实验)白光做实验,出现彩色条纹出现彩色条纹,零级条纹仍是白零级条纹仍是白 色,两侧形成色,两侧形成由紫而红由紫而红的彩色条纹的彩色条纹第24页,共69页,编辑于2022年,星期二例例1 1 用白光光源进行双缝实验,若用一个用白光光源进行双缝实验,若用一个 纯红色的滤光片遮盖一条缝,用一个纯红色的滤光片遮盖一条缝,用一个 纯蓝色的滤光片遮盖另一条缝,则:纯蓝色的滤光片遮盖另一条缝,则:(A)干涉条纹的宽度将发生改变)干涉条纹的宽度将
10、发生改变 (B)产生红色和蓝色的两套彩色干涉)产生红色和蓝色的两套彩色干涉 条纹条纹 (C)干涉条纹的亮度将发生改变)干涉条纹的亮度将发生改变 (D)不产生干涉条纹)不产生干涉条纹选选(D)(波长不同的光不是相干光)波长不同的光不是相干光)第25页,共69页,编辑于2022年,星期二例例2 2 在双缝干涉实验中,设缝是水平的,若在双缝干涉实验中,设缝是水平的,若 双缝所在的平板稍微向下平移,其它条双缝所在的平板稍微向下平移,其它条 件不变,则屏上的干涉条纹件不变,则屏上的干涉条纹 (A)向下平移,且间距不变)向下平移,且间距不变 (B)向上平移,且间距不变)向上平移,且间距不变 (C)不移动,
11、)不移动,但间距改变但间距改变 (D)向上平移,且间距改变)向上平移,且间距改变第26页,共69页,编辑于2022年,星期二 (S S1 1与与S S2 2相对相对S S不对称,上短下长;不对称,上短下长;零极明纹下移。但间距零极明纹下移。但间距 与此无关)与此无关)选(选(A)第27页,共69页,编辑于2022年,星期二例例3 3(5528)如图所示,用波长为)如图所示,用波长为 的单色光的单色光 照射双缝干涉实验装置,若将一折射率照射双缝干涉实验装置,若将一折射率 为为 ,劈角为,劈角为的透明劈尖的透明劈尖b插入光线插入光线2中中 则则 当劈尖当劈尖b缓慢地向上移动时(只遮住缓慢地向上移动
12、时(只遮住 S2),),屏屏C上的干涉条纹上的干涉条纹 (A)间隔变大,向下移动)间隔变大,向下移动 (B)间隔变小,向上移动)间隔变小,向上移动 (C)间隔不变,向下移动)间隔不变,向下移动 (D)间隔不变,向上移动)间隔不变,向上移动选(选(C)p第28页,共69页,编辑于2022年,星期二练习练习(3496)如图所示,)如图所示,S1和和 S2为两个同向为两个同向 的相干点光源,从的相干点光源,从S1和和 S2到观察点到观察点P的的 距离相等,即:距离相等,即:S1P=S2P,相干光束,相干光束1 和和2分别穿过折射率为分别穿过折射率为n1和和 n2,厚度皆,厚度皆 为为 t 的透明薄片
13、,它们的光程差等于多的透明薄片,它们的光程差等于多 少?少?p第29页,共69页,编辑于2022年,星期二作业:作业:P156 160 3.6 3.7 3.8 3.16第30页,共69页,编辑于2022年,星期二光程:光程:光程差:光程差:干涉结果:干涉结果:明纹明纹暗纹暗纹第31页,共69页,编辑于2022年,星期二 干涉干涉加强加强 干涉干涉减弱减弱第32页,共69页,编辑于2022年,星期二uk k级明纹位置:级明纹位置:uk k级暗纹位置级暗纹位置:杨氏双缝干涉(杨氏双缝干涉(分波阵面法)分波阵面法)u光程差:光程差:第33页,共69页,编辑于2022年,星期二三、薄膜干涉三、薄膜干涉
14、l光程差光程差+可能有的半波损失可能有的半波损失(分振幅干涉)(分振幅干涉)E动画动画第34页,共69页,编辑于2022年,星期二PLDB34E5A1C2第35页,共69页,编辑于2022年,星期二 l干涉结果干涉结果u明纹明纹:反反射光的光程差射光的光程差第36页,共69页,编辑于2022年,星期二 注意:注意:此处此处k等于几,代表等于几,代表第几第几级级明纹,明纹,这这 种情况也表示种情况也表示第几条第几条明纹。明纹。注意:注意:k=0是零级明纹,也是是零级明纹,也是第一条第一条明纹,明纹,k代表代表该明纹是该明纹是第第k级级明纹,明纹,这这种情况种情况 也表示也表示第第k+1+1条条明
15、纹。明纹。第37页,共69页,编辑于2022年,星期二k值的取定原则:值的取定原则:u暗纹:暗纹:取值范围要满足方程,要使取值范围要满足方程,要使方程方程有意义有意义。k等于几,一定代表第几等于几,一定代表第几级级明(暗)纹,但不一明(暗)纹,但不一定代表第几定代表第几条条明(暗)纹明(暗)纹第38页,共69页,编辑于2022年,星期二光垂直入射到均匀厚度的膜上光垂直入射到均匀厚度的膜上u特殊情况:特殊情况:加强加强减弱减弱满足加强条件则反射光干涉加强满足加强条件则反射光干涉加强 一片亮。一片亮。满足减弱条件则反射光干涉减弱满足减弱条件则反射光干涉减弱 一片暗。一片暗。第39页,共69页,编辑
16、于2022年,星期二*透射光干涉条件:透射光干涉条件:明纹明纹:满足反射光干涉的:满足反射光干涉的暗暗纹条件纹条件暗纹暗纹:满足反射光干涉的:满足反射光干涉的明明纹条件纹条件两透射光干涉条件与反射光两透射光干涉条件与反射光相反相反 注意:注意:透射光和反透射光和反射光干涉具有互补射光干涉具有互补 性性,符合能量守恒,符合能量守恒定律定律.第40页,共69页,编辑于2022年,星期二利用反射光利用反射光干涉相消干涉相消来减少反射,增加透射。来减少反射,增加透射。l应用:增透(射)膜和增反射膜应用:增透(射)膜和增反射膜u增透(射)膜增透(射)膜:u增反射膜增反射膜利用反射光利用反射光干涉相长干涉
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