普通物理18名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第十八章光干涉光源發(fā)光特征一.光源光源最基本發(fā)光單元是分子、原子。=(E2-E1)/hE1E2能級(jí)躍遷輻射波列波列長(zhǎng)L=c第1頁(yè)2.激光光源：受激輻射=(E2-E1)/hE1完全一樣E21.普通光源：自發(fā)輻射··獨(dú)立（同一原子先后發(fā)光）獨(dú)立（不一樣原子發(fā)光）（傳輸方向，頻率，相位，振動(dòng)方向）第2頁(yè)▲普通光源發(fā)光特點(diǎn):1.原子發(fā)光是斷續(xù)，一個(gè)原子每一次發(fā)光只能發(fā)出一個(gè)波列；2.同一時(shí)刻各原子發(fā)出光波頻率、振動(dòng)方向和相位各不相同；3.同一原子不一樣時(shí)刻所發(fā)出波列，振動(dòng)方向和相位各不相同。兩個(gè)普通光源或同一普通光源不一樣部分所發(fā)出光是不相干第3頁(yè)二.取得相干光兩種方法1.振幅分割法利用光在兩種介質(zhì)分界面上反射光和透射光作為相干光第4頁(yè)2.波陣面分割法從點(diǎn)光源發(fā)出同一波陣面上取出兩個(gè)部分作為相干光源

第5頁(yè)18.1分波前干涉

1.

機(jī)械波同頻率,同振動(dòng)方向,相位相同或相位差恒定相干波一.光干涉干涉合振動(dòng)加強(qiáng)合振動(dòng)減弱第6頁(yè)2.光波光波是電磁波E矢量（光矢量）振動(dòng)S1S2r1r2P第7頁(yè)總光強(qiáng)加強(qiáng)★加強(qiáng)和減弱條件▲相位差:加強(qiáng)減弱▲光程差:減弱第8頁(yè)★產(chǎn)生干涉必要條件1.同頻率;2.存在相互平行振動(dòng)分量(同振動(dòng)方向);3.同相位或相位差恒定.——相干光第9頁(yè)二.干涉條紋反襯度

描述干涉現(xiàn)象顯著程度Io2-24-44I1襯比度差(

<1)襯比度好(

=1)振幅比▲決定襯比度原因：光源寬度光源單色性IImaxImino2-24-4第10頁(yè)三.楊氏雙縫干涉18，英國(guó)科學(xué)家托馬斯·楊（ThomasYoung1773-1829)首先完成了光干涉試驗(yàn)，第一次把光波動(dòng)學(xué)說(shuō)建立在牢靠試驗(yàn)基礎(chǔ)上。第11頁(yè)1.試驗(yàn)裝置P0S1,S2是同一波陣面兩部分兩子波源發(fā)出光是相干光分波陣面法S1,S2兩子波源第12頁(yè)1.干涉條紋以P0為(與S1,S2等距離)為對(duì)稱點(diǎn)而明暗相間,P0條紋為明條紋;2.用不一樣單色光源作試驗(yàn)時(shí),各明暗條紋間距各不相同;3.用白光作試驗(yàn),則中央條紋是白色,在中央白條紋兩側(cè),形成一由紫到紅彩色條紋.2.

試驗(yàn)現(xiàn)象白光入射楊氏雙縫干涉照片第13頁(yè)3.條紋位置光程差S1S2PODr1r2xd光程差(遠(yuǎn)屏近軸)第14頁(yè)▲亮條紋▲暗條紋第15頁(yè)▲干涉條紋間距等間距第16頁(yè)★討論:(1).使雙縫間距逐步減小;d,x條紋變疏,兩側(cè)條紋向遠(yuǎn)離中央地方移動(dòng).第17頁(yè)(2).保持雙縫間距不變,使兩縫與屏之間距離逐步減小;D,x條紋變密,兩側(cè)條紋向中央靠攏.第18頁(yè)(3).遮住雙縫中一條,并在兩縫垂直平分線上放置一平面反射鏡.光波從光疏媒質(zhì)射到光密媒質(zhì)界面發(fā)射時(shí)半波損失明暗條紋相反.洛埃鏡第19頁(yè)4.光強(qiáng)公式若I1=I2

=I0

,則光強(qiáng)曲線I02-24-4k012-1-24I0x0x1x2x

-2x-1sin0/d-/d-2/d2/d第20頁(yè)四.其它分波面干涉試驗(yàn)菲涅耳雙棱鏡、雙面鏡和洛埃鏡菲涅耳雙面鏡洛埃鏡

菲涅耳雙棱鏡第21頁(yè)例1.P48頁(yè)習(xí)題18-1答案:E第22頁(yè)例2.在雙縫裝置中,用一厚度為e=6.610-6m,折射率為n=1.58云母片覆蓋上面一條縫后,零級(jí)條紋將移到第幾級(jí)明紋處.已知=550nm.解：r1r2P設(shè)未插入時(shí)，P處為第k級(jí)明條紋，則插入后，P為零級(jí)條紋第23頁(yè)▲討論： 假如已知屏幕上第k級(jí)明條紋移到中央零級(jí)位置，則情況怎樣？第24頁(yè)n1n2d18.2薄膜干涉

一.薄膜干涉ABSaba'b'iC1.光路分析B處干涉(上表面)分振幅法第25頁(yè)n1n2d2.計(jì)算光程差LAB長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于光源S到薄膜距離近似認(rèn)為SA與SB平行ABSaba'b'iSDAC光線bb'在光疏媒質(zhì)到光密媒質(zhì)界面反射半波損失作ADSB第26頁(yè)n1n2dABSaba'b'iSDAC第27頁(yè)折射角入射角亮紋暗紋第28頁(yè)n1n2d(1).透射光無(wú)半波損失透射時(shí),干涉相互加強(qiáng);反射時(shí),干涉相互減弱;透射時(shí),干涉相互減弱;反射時(shí),干涉相互加強(qiáng).★討論:ABSaba'b'iSDAC第29頁(yè)(2).垂直入射垂直入射，i=0反射時(shí)透射時(shí)亮紋暗紋正入射時(shí)，薄膜表面某處干涉光強(qiáng)度僅與所在點(diǎn)厚度相關(guān)，沿薄膜等厚線干涉光光強(qiáng)相等——等厚干涉第30頁(yè)白光入射單色光入射3.薄膜干涉條紋肥皂泡干涉條紋第31頁(yè)油膜上干涉條紋蟬翼上干涉條紋第32頁(yè)例3.沿著與肥皂膜法線方向成35角方向觀察,薄膜呈綠色(=500nm),設(shè)肥皂水折射率為1.33,求:(1).薄膜最小厚度;(2).假如垂直注視,薄膜將呈何色?解：(1).膜呈綠色,即對(duì)綠色干涉加強(qiáng)第33頁(yè)(2).黃綠色第34頁(yè)例4.P51習(xí)題18-23玻璃空氣介質(zhì)膜n1=1n=1.3n2=1.5兩次半波損失，相消干涉條件：按題意：垂直入射，光程差第35頁(yè)在這兩個(gè)波長(zhǎng)間,無(wú)其它波長(zhǎng)光發(fā)生相消干涉代入：解得：由：第36頁(yè)n二.劈尖干涉平行光垂直入射(i=0)劈尖上表面干涉劈尖1.光路分析夾角很小兩個(gè)平面所組成薄膜aba'b'S*·第37頁(yè)naba'b'2.計(jì)算光程差L無(wú)半波損失劈尖下表面反射有半波損失明條紋暗條紋與棱邊平行明暗條紋劈尖上表面反射d:兩相干光相遇處對(duì)應(yīng)劈尖厚度等厚干涉第38頁(yè)l▲兩相鄰明條紋或暗條紋間對(duì)應(yīng)厚度之差dk+1dk▲兩相鄰明條紋或暗條紋間距離

愈小,干涉條紋越疏;愈大,干涉條紋越密.第39頁(yè)▲半波損失證據(jù)在交棱處d=0,光程差等于/2,應(yīng)看到干涉條紋為暗條紋.

實(shí)際上，在交棱處是暗條紋第40頁(yè)透射光無(wú)半波損失★討論:干涉條紋明暗情況與反射時(shí)相反,棱邊為明條紋第41頁(yè)第42頁(yè)▲應(yīng)用檢驗(yàn)玻璃片光潔平整程度第43頁(yè)三.牛頓環(huán)第44頁(yè)平整玻璃板大曲率平凸透鏡弧形空氣劈尖等厚干涉干涉條紋（等厚干涉）是一組明暗相間同心圓環(huán)O劈尖上表面干涉1.干涉裝置第45頁(yè)2.計(jì)算光程差LCORdr

d不可測(cè)，用可測(cè)量代替n=1n1>1n1>1有半波損失第46頁(yè)明紋半徑暗紋半徑▲明,暗環(huán)半徑第47頁(yè)▲干涉條紋特點(diǎn)(1).干涉條紋是以接觸點(diǎn)為圓心一組明、暗相間同心圓環(huán)。中心接觸處為一暗斑；(2).從中心向外，條紋級(jí)數(shù)越來(lái)越高；離中心愈遠(yuǎn)，牛頓環(huán)越密;(3).白光入射時(shí)，對(duì)同級(jí)彩色條紋，紅色在外圈，紫色在內(nèi)圈。第48頁(yè)白光入射牛頓環(huán)照片第49頁(yè)▲應(yīng)用：可用牛頓環(huán)測(cè)透鏡曲率半徑實(shí)際上，透鏡和平玻璃并不嚴(yán)格接觸，對(duì)應(yīng)中心黑斑k0

k級(jí)rk+m級(jí)rm第50頁(yè)(1).透射光無(wú)半波損失★討論:干涉條紋明暗情況與反射時(shí)相反,中心為亮斑第51頁(yè)(2).單色光照射下觀察牛頓環(huán),假如在垂直方向上移動(dòng)平凸透鏡,則當(dāng)透鏡離開(kāi)或靠近平板玻璃時(shí),牛頓環(huán)將發(fā)生什么改變?求解曲率半徑公式有沒(méi)有改變?CORdrh設(shè)將平凸透鏡向上移一距離h,則各處空氣厚度均增加h.h增加/4,則干涉條紋向里收縮,明暗交替一次;h增加/2,則干涉條紋變得與原來(lái)相同,但干涉條紋級(jí)數(shù)增加1;遠(yuǎn)離時(shí),牛頓環(huán)收縮,各處發(fā)生同時(shí)明暗交替改變;靠近時(shí),牛頓環(huán)擴(kuò)張,同時(shí)交替改變.第52頁(yè)第53頁(yè)不變第54頁(yè)例5.P40例18-5已知：第55頁(yè)例6.在牛頓環(huán)中用波長(zhǎng)觀察第5個(gè)明環(huán)與用未知波長(zhǎng)觀察第6個(gè)明環(huán)重合。求。解：明紋條件：兩明環(huán)重合，有相同d第56頁(yè)或第57頁(yè)四.增透膜和高反膜1.增透膜光線射向透明介質(zhì)時(shí)，同時(shí)有折射和反射玻璃：透射占96%；反射占4%精密光學(xué)鏡頭，有多層透鏡組成，屢次反射后透射光減弱增強(qiáng)透射，降低反射▲原理利用薄膜干涉，使反射光發(fā)生干涉相消——減弱使透射光發(fā)生干涉相長(zhǎng)——增強(qiáng)第58頁(yè)第59頁(yè)空氣介質(zhì)膜玻璃n1=1n>1n2>n上下表面兩次半波損失兩束反射光光程差相消條件：n1<n<n2薄膜厚度滿足此式，透射光增強(qiáng)第60頁(yè)或——光學(xué)厚度▲能夠證實(shí)：當(dāng)薄膜折射率滿足下式時(shí)，兩束反射光強(qiáng)相等，發(fā)生完全透射例：n1=1.0，n2=1.52,用氟化鎂MgF2，n=1.38反射率1.2%無(wú)此材料當(dāng)k=0時(shí)，薄膜厚度有最小值第61頁(yè)2.增反膜增強(qiáng)透射，降低反射第62頁(yè)兩束反射光干涉相長(zhǎng)當(dāng)k=1時(shí)，薄膜厚度有最小值或增反膜光學(xué)厚度是增透膜兩倍▲n1<n<n2空氣介質(zhì)膜玻璃n1=1n>1n2>n同種介質(zhì)膜第63頁(yè)上表面一次半波損失反射光干涉相長(zhǎng)條件：兩束反射光光程差當(dāng)k=1時(shí)，薄膜厚度有最小值或與增透膜公式相同發(fā)生半波損失次數(shù)不一樣▲

n1<n>n2空氣介質(zhì)膜玻璃n1=1n>1n2<n第64頁(yè)例7.在折射率為1.52鏡頭表面涂有一層折射率為1.38MgF2增透膜，如此膜適合用于波長(zhǎng)為550nm光，膜厚度是多少？玻璃空氣介質(zhì)膜n1=1n=1.38n2=1.52解:上下表面兩次半波損失反射光相消當(dāng)取k=0第65頁(yè)五.等傾干涉等傾條紋攝影觀察等傾條紋試驗(yàn)裝置和光路inMLSf屏第66頁(yè)L

fPo

r環(huán)B

ennn>nirA

CD··21Siii光束1、2光程差：·

··第67頁(yè)得或明紋暗紋傾角i相同光線對(duì)應(yīng)同一條干涉條紋—等傾條紋第68頁(yè)18.3邁克爾遜干涉儀邁克耳遜在工作

邁克耳遜（A.A.Michelson）美籍德國(guó)人因創(chuàng)造精密光學(xué)儀器，用以進(jìn)行光譜學(xué)和度量學(xué)研究，并準(zhǔn)確測(cè)出光速，獲19諾貝爾物理獎(jiǎng)。第69頁(yè)一.儀器結(jié)構(gòu)第70頁(yè)第71頁(yè)二.光路圖S分光板賠償板賠償光程,使兩光束在玻璃介質(zhì)中光程相等.擴(kuò)展光源2'2'M2M11'1'12半透半反膜第72頁(yè)三.工作原理光束2′和1′發(fā)生干涉若M1、M2平行

等傾條紋若M1、M2有小夾角

等厚條紋光程差：空氣薄膜厚度兩倍M12211SM2M1G1G2E空氣薄膜第73頁(yè)邁克耳遜干涉儀中觀察到幾個(gè)經(jīng)典條紋第74頁(yè)四.測(cè)量原理空氣膜厚度改變/2光程差L=亮(暗)條紋移過(guò)一條前后調(diào)整M2，相當(dāng)于改變兩鏡空氣間隙厚度假如干涉條紋移動(dòng)N

條，則M2移動(dòng)距離：第75頁(yè)五.應(yīng)用準(zhǔn)確測(cè)量長(zhǎng)度或長(zhǎng)度改變、測(cè)量波長(zhǎng)、測(cè)量介質(zhì)折射率及研究光譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)等用邁克耳孫干涉儀測(cè)氣流第76頁(yè)第77頁(yè)18.4光波空間相干性和時(shí)間相干性一.光波空間相干性討論光源寬度對(duì)干涉條紋襯比度影響。xI合成光強(qiáng)0Nx+1L0M0L-1NS1d/2S2RD光源寬度為bb/2LMN0M0N0LI非