波動光學(xué)光的干涉

1、第十一講波動光學(xué)（一）1光是人類以及各種生物生活中不可或缺的要素光的本性是什么？牛頓 光是由“光微?！苯M成的 光的直線傳播 + 機械觀惠更斯 托馬斯 . 楊菲涅耳 光是一種介質(zhì)中傳播的波波動特征：干涉、衍射傳播光的介質(zhì)是什么？2麥克斯韋的電磁理論 光是一種電磁波邁克爾遜的實驗 電磁波的傳播不需要介質(zhì)光電效應(yīng) 康普頓散射 光具有粒子性這種粒子稱做“光量子”德布羅意 所有物質(zhì)都具有波粒二象性光的兩種互補性質(zhì) 傳播過程中顯示波動性與其他物質(zhì)相互作用時顯示粒子性3一、光的相干性二、楊氏雙縫干涉三、薄膜干涉四、邁克爾遜干涉儀波動光學(xué)（一） 基本內(nèi)容 重點 * 楊氏雙縫干涉* 薄膜干涉4一、 光的相干性1

2、、普通光源的發(fā)光機理可見光能引起人的視覺的電磁波真空中的波長 400 nm 760 nm發(fā)光機理處于激發(fā)態(tài)的原子會自發(fā)地躍遷到低激發(fā)態(tài)或基態(tài)，向外輻射電磁波。5- 13.6 e V- 3.4 e V- 1.5 e V氫原子的發(fā)光躍遷波列躍遷過程的持續(xù)時間約為 10-8 s6原子發(fā)光的獨立性 各原子或同一原子各次發(fā)出的波列，其頻率和振動方向可能不同，每次何時發(fā)光不確定。 來自兩個光源或同一光源的兩部分的光，不滿足相干條件，疊加時不產(chǎn)生光的強弱在空間穩(wěn)定分布的干涉現(xiàn)象。72、相干光的獲得方法 用單色性好的點光源，把同一光線分成兩束光，經(jīng)不同路徑相遇，然后再疊加。（取自同一原子的同一次發(fā)光）分波陣面

3、分振幅83、光程光在不同介質(zhì)中傳播時，頻率不變而波長改變。光在介質(zhì)中傳播時，路程 r 上相位變化為nr 光程 把光在介質(zhì)中通過的幾何路程按相位變化相同折合到真空中的路程。好處是可以統(tǒng)一用真空中的波長來計算。9ndr2r1兩束相干光的相位差相位差光程差10T. Young二、楊氏雙縫干涉11 1801年，英國人托馬斯 . 楊成功了一個判別光的性質(zhì)的關(guān)鍵性實驗。 在觀察屏上有明暗相間的等間距條紋，這只能用光是一種波來解釋。 楊還由此實驗測出了光的波長。121、雙縫干涉的干涉條紋r2r1xPSs1s2DdoS1 和 S2 是同相波源實驗中，一般 D 約 1 m ，而 d 約 10-4 m兩條光路的光

4、程差為13r2r1xPSs1s2Ddo當(dāng) 時兩列光波在 x 點引起的光振動同相相長干涉，x 處為明紋兩列光波在 x 點引起的光振動反相當(dāng) 時相消干涉，x 處為暗紋14k = 0 ，0 級明紋k = 1 ，1 級明紋k = 2 ，2 級明紋k = 1 ，1 級明紋k = 2 ，2 級明紋明紋中心的位置k = 0 , 1 , 2 , 暗紋中心的位置k = 1 , 2 , 3 , 相鄰兩明紋或暗紋間的距離15白光的雙縫干涉各單色光的 0 級明紋重合形成中央明紋各單色光的 1 級明紋錯開形成彩色光譜更高級次的光譜因重疊而模糊不清因為條紋間距與波長成正比162、觀察屏上的光強分布r1r2xPSs1s2D

5、doxoI干涉項4I1173、菲涅耳雙棱鏡184、勞埃德鏡19例題 楊氏雙縫的間距為 0.2 mm ，雙縫與屏的距離為 1 m . 若第 1 級明紋到第 4 級明紋的距離為 7.5 mm ，求光波波長。解 mm m mm nm 20例題 用云母片（ n = 1.58 ）覆蓋在楊氏雙縫的一條縫上，這時屏上的零級明紋移到原來的第 7 級明紋處。若光波波長為 550 nm ，求云母片的厚度。插入云母片后，P 點為 0 級明紋dPo解插入云母片前，P 點為 7 級明紋 m 21三、薄膜干涉in1n21、等傾條紋兩條相干光線到達透鏡焦平面上P點的光程差e 光程差決定于傾角，焦平面上同一干涉條紋上各亮點（

6、暗點）對應(yīng)相同的入射角。22等傾干涉環(huán)明紋暗紋反射干涉環(huán)與透射干涉環(huán)是互補的。等傾條紋的形成厚度的影響23例題 空氣中厚度為 0.32 m 的肥皂膜（n = 1.33），若白光垂直入射，問肥皂膜呈現(xiàn)什么顏色？解ne紅外紫外綠色反射光相長干涉的條件： nm nm nm 24例題 平面單色光垂直照射在厚度均勻的油膜上，油膜覆蓋在玻璃板上。當(dāng)光波波長連續(xù)變化時，觀察到 500 nm 與 700 nm 兩波長的光反射消失。油膜的折射率為 1.30 ，玻璃的折射率為 1.50 ，求油膜的厚度。解 n2 n1 m 此例無半波損失25n2、等厚條紋（1） 劈尖干涉 很小，入射光垂直入射.兩條相干光線的光程差

7、 光程差決定于厚度，同一干涉條紋對應(yīng)的厚度相同，故稱等厚條紋.e26ne明紋暗紋等厚條紋是一些與棱邊平行的明暗相間的直條紋 .在棱邊處形成暗條紋 .27nL28例題 夾角為 810-5rad 的玻璃劈尖放在空氣中。用波長 589 nm 的單色光垂直入射時，測得干涉條紋的間距為 2.4 mm ，求玻璃的折射率。解29（2） 牛頓環(huán)Rr明紋暗紋30明環(huán)半徑暗環(huán)半徑k = 0, 1, 2, k = 1, 2, 3, 在中心形成一暗斑，越向外環(huán)越密，等厚條紋的級次越高。31例題 用鈉燈（ = 589.3 nm）觀察牛頓環(huán)，看到第 k 級暗環(huán)的半徑為 4 mm ，第 k+5 條暗環(huán)半徑為 6 mm ，求所用平凸透鏡的曲率半徑 R .解m32四、邁克爾遜干涉儀33邁克爾遜干涉儀是一種分振幅雙光束干涉儀分振幅雙光束當(dāng)兩鏡面相互嚴(yán)格垂直時等效于平行平面間空氣膜的等傾干涉當(dāng)兩鏡面不嚴(yán)格垂直時等效于空氣劈尖的等厚干涉等傾條紋等厚條紋34邁克爾遜 莫雷實驗（1881年）的否定結(jié)果是相對論的實驗基礎(chǔ)之一.邁克爾遜干涉儀可用于測長度、測折射率.當(dāng)平面反射鏡面