第三章光干涉PPT讲稿.ppt
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1、第三章 光干涉第1页,共51页,编辑于2022年,星期二2.真空中的光速真空中的光速c=3.0108m/s,波长,波长,频率,频率n;n;c/n n=折射率为折射率为n的媒质中光速的媒质中光速u,波长,波长 n,频率,频率n nn;u/n nn=n u=c/n ;n/n;n nn=n n3.可见光波长范围:可见光波长范围:4000A(紫紫)7600A(红)(红)1A1010m 1nm=109m 1m1mm=106m 4.单色光:某一频率的光,如红光、紫光等;单色光:某一频率的光,如红光、紫光等;复色光复色光:多个频率的混合光多个频率的混合光 单色光单色光棱镜棱镜滤光片滤光片5.光强光强 ,I
2、大亮、大亮、I小暗小暗6.光波为横波光波为横波1.光是一种电磁波,光是一种电磁波,振动的传播。振动的传播。称为光矢量称为光矢量,振动称为光振动:振动称为光振动:第2页,共51页,编辑于2022年,星期二光学分类光学分类几何光学几何光学光的直线传播规律光的直线传播规律物理光学物理光学波动光学波动光学量子光学量子光学干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振光和物质的相互作用光和物质的相互作用现代光学现代光学1960年年 梅曼梅曼 第一台红宝石激光器第一台红宝石激光器非非线线性性光光学学、激激光光光光谱谱、信信息息光光学学、全全息息、光光纤纤通讯、集成光学、统计光学等通讯、集成光学、统计光学等第3页,共51
3、页,编辑于2022年,星期二第三章第三章光的干涉光的干涉3.13.1光的干涉现象光的干涉现象一、光的干涉一、光的干涉1.1.基本概念基本概念:光的干涉光的干涉相干光相干光相干光源相干光源2.2.光干涉强度分布:光干涉强度分布:光的相干条件光的相干条件P第4页,共51页,编辑于2022年,星期二1)亮亮暗暗2)若)若S1、S2同相同相,j j20 20=j j10 10 (光学中一般满足此条件光学中一般满足此条件)亮亮暗暗亮亮暗暗或或第5页,共51页,编辑于2022年,星期二1.1.光源的发光机理光源的发光机理光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子 =(E2-E1)/h
4、E1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射波列波列波列长波列长L=c普通光源:普通光源:独立独立(不同原子发的光不同原子发的光)独立独立大量原子自发辐射大量原子自发辐射二二.相干光的获得相干光的获得两两个个普普通通台台灯灯发发出出的的光光为何无干涉现象?为何无干涉现象?(同一原子先后发的光同一原子先后发的光)一个原子一一个原子一次发光:次发光:产生一产生一个波列:个波列:10-8s h为普朗克常数为普朗克常数第6页,共51页,编辑于2022年,星期二薄膜薄膜自身相干自身相干pS*分波面法分波面法分振幅法分振幅法p2.2.获得相干光的两种方法获得相干光的两种方法S*干涉条件干涉条件同频率同频率同方向同方向
5、恒定相差恒定相差对普通光源:对普通光源:两个光源两个光源一个光源的两一个光源的两个不同部分个不同部分不能观察到干涉现象不能观察到干涉现象第7页,共51页,编辑于2022年,星期二3.3.激光光源:激光光源:=(E2-E1)/hE1E2 完全一样完全一样(频频率率,位位相相,振振动动方方向向,传播方向传播方向)受激辐射受激辐射第8页,共51页,编辑于2022年,星期二一一 、杨氏双缝干涉、杨氏双缝干涉1.实验装置实验装置及实验结果及实验结果:2.理论分析:理论分析:3.23.2杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 单色光入射单色光入射D d(d 1010-4 4m,D m)OxI x第9页,共51页,编辑于
6、2022年,星期二托马斯托马斯 .杨杨第10页,共51页,编辑于2022年,星期二2)2)几何关系(几何关系(很小):很小):1)1)明暗纹条件:明暗纹条件:明明暗暗3)3)明暗纹位置:明暗纹位置:明明暗暗第11页,共51页,编辑于2022年,星期二3.讨论讨论(3)(3)相邻明(暗)纹中心间隔:相邻明(暗)纹中心间隔:OxI x(1)(1)一系列平行的明暗相间的等间距直条纹;一系列平行的明暗相间的等间距直条纹;(2)(2)r2-r10 0时,时,x=0,=0,k0 0中央明纹中央明纹0级亮纹级亮纹+1级亮纹级亮纹+2级亮纹级亮纹-1级亮纹级亮纹-2级亮纹级亮纹 x 观察屏观察屏暗纹暗纹 单色
7、光入射时双缝干涉的条纹单色光入射时双缝干涉的条纹 第12页,共51页,编辑于2022年,星期二(5)若白光入射,则中央明纹仍为白色,其它干涉条纹是彩色若白光入射,则中央明纹仍为白色,其它干涉条纹是彩色的,形成各级光谱。光谱不重叠的条件为的,形成各级光谱。光谱不重叠的条件为(4)若用复色光源,则干涉条纹是彩色的若用复色光源,则干涉条纹是彩色的,且在屏幕上且在屏幕上会会发生重叠,对重叠处有发生重叠,对重叠处有第13页,共51页,编辑于2022年,星期二二二.洛埃镜实验洛埃镜实验半波损失半波损失洛埃镜洛埃镜当屏幕当屏幕P移至移至P处,从处,从S1和和 S2 到到N点的距离差为零,点的距离差为零,应为
8、零级明纹,但是实际观察到暗条纹,应为零级明纹,但是实际观察到暗条纹,验证了反射时验证了反射时有半波损失存在有半波损失存在。当光从光疏媒质当光从光疏媒质(n 小小)向光密媒质向光密媒质(n 大大)入射时,反射光波有半波损失入射时,反射光波有半波损失.r2-r10 0明明暗暗(r2-/2)-r1-/2半波损失半波损失:第14页,共51页,编辑于2022年,星期二三三.菲涅耳双镜干涉菲涅耳双镜干涉菲涅耳双镜菲涅耳双镜第15页,共51页,编辑于2022年,星期二3.33.3光程和光程差光程和光程差一一.光程、光程差光程、光程差 真空中真空中 媒质中媒质中1.1.定义光程定义光程:nrr1r2S1S2P
9、r1r2S1S2n1n22.2.光程差光程差:3.3.位位相相差差与与光程差关系:光程差关系:注意:注意:为真为真空中波长空中波长第16页,共51页,编辑于2022年,星期二由由明纹明纹暗纹暗纹4.4.用光程差用光程差d d表示的干涉加强、减弱条件表示的干涉加强、减弱条件明纹明纹暗纹暗纹 注意与光程差对应的波长总是真空中波长注意与光程差对应的波长总是真空中波长!!得得第17页,共51页,编辑于2022年,星期二 例例11S1S2r1r2dnp求:求:P点光程差、位相差?点光程差、位相差?光程差:光程差:位相差:位相差:第18页,共51页,编辑于2022年,星期二 例例22S1S2r1r2P如如
10、图图若若将将杨杨氏氏双双缝缝装装置置置置于于折折射射率率为为n的的液液体体中中,求求:P点光程差点光程差.光程差:光程差:n第19页,共51页,编辑于2022年,星期二3.43.4等厚条纹等厚条纹一一.劈尖(劈形膜):劈尖(劈形膜):夹角很小的两个平面所构成的薄膜夹角很小的两个平面所构成的薄膜 e n n nA反射光反射光2反射光反射光1入射光入射光(单色平行光垂直入射单色平行光垂直入射)光程差光程差明纹:明纹:暗纹:暗纹:同一厚度同一厚度e对应同一级条纹对应同一级条纹:等厚条纹等厚条纹 ekek+1明纹明纹暗纹暗纹上表面上表面下表面下表面棱棱边边劈尖表面附近形成的是一系列与棱边劈尖表面附近形
11、成的是一系列与棱边平行的、明暗相间等距的直条纹。平行的、明暗相间等距的直条纹。第20页,共51页,编辑于2022年,星期二讨论:讨论:ekek+1明纹明纹暗纹暗纹1.1.在棱边处(在棱边处(e=0):):暗纹暗纹2.2.相邻明相邻明(暗暗)纹高度差纹高度差3.3.相邻明相邻明(暗暗)纹之间距离纹之间距离ll 与与反比反比仅与仅与有关有关l第21页,共51页,编辑于2022年,星期二二二.空气劈尖(劈形空气膜):空气劈尖(劈形空气膜):夹夹角角很很小小的的两两个个平平玻玻璃璃板板之之间所形成的空气薄膜间所形成的空气薄膜:楔角愈小,干涉条纹分布就愈稀疏;楔角愈小,干涉条纹分布就愈稀疏;明纹中心明纹
12、中心暗纹中心暗纹中心2.2.相邻明相邻明(暗暗)纹高度差纹高度差3.3.相邻明相邻明(暗暗)纹之间距离纹之间距离 l 与与反比反比1.1.光程差光程差上表面上表面下表面下表面nn变化时条纹如何变?变化时条纹如何变?问题问题1 1:问题问题2 2:上板平移,:上板平移,条纹如何变?条纹如何变?第22页,共51页,编辑于2022年,星期二劈尖的应用劈尖的应用:测波长:测波长:已知已知、n,测测 l 可得可得 测折射率:测折射率:已知已知、,测测 l 可得可得n 测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化(几千几千)干涉膨胀仪干涉膨胀仪如如何何测测你你头头发发的的直直径径、一页纸的厚度?一
13、页纸的厚度?第23页,共51页,编辑于2022年,星期二 测表面不平度测表面不平度等厚条纹等厚条纹待测工件待测工件平晶平晶工工件件有有何何种种缺缺陷陷?凹、凸多少?凹、凸多少?l凸起凸起肉肉眼眼凡凡胎胎无无法法观观测测如如此此微小的凸起!微小的凸起!第24页,共51页,编辑于2022年,星期二例:例:两两个个直直径径有有微微小小差差别别的的彼彼此此平平行行滚滚柱柱之之间间的的距距离离为为L L,夹夹在在两两块块平平晶晶之之间间,形形成成空空气气劈劈尖尖,单单色色光光入入射射时时,产产生生等厚条纹,如果减小等厚条纹,如果减小L L,则在,则在L L范围内干涉条纹的范围内干涉条纹的A.A.数目减少
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