波動(dòng)光學(xué)光的干涉

關(guān)于波動(dòng)光學(xué)光的干涉第1頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月普通光源：自發(fā)輻射獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)··獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光)

發(fā)光的隨機(jī)性

發(fā)光的間歇性第2頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

光波是電磁波。光波中參與與物質(zhì)相互作用（感光作用、生理作用）的是E

矢量，稱為光矢量。3、光強(qiáng)單色光——只含單一波長(zhǎng)的光。復(fù)色光——含多種波長(zhǎng)的光。準(zhǔn)單色光——光波中包含波長(zhǎng)范圍很窄的成分的光。2、光的顏色和光譜可見光頻率范圍可見光波長(zhǎng)范圍第3頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

E矢量的振動(dòng)稱為光振動(dòng)。在波動(dòng)光學(xué)中，主要討論的是相對(duì)光強(qiáng)，因此在同一介質(zhì)中直接把光強(qiáng)定義為：二、光的相干性相干波的條件：同頻率，同振動(dòng)方向，相位差恒定干涉現(xiàn)象：在相干區(qū)域內(nèi)，一些點(diǎn)振動(dòng)始終加強(qiáng)，一些點(diǎn)始終減弱。第4頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月獲得兩束相干光的方法分振幅法其原理是利用反射、折射把波面上某處的振幅分成兩部分，再使它們相遇從而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。第5頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*光源分波陣面法光源發(fā)出的某一波陣面上，取出兩部分面元作為相干光源第6頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)S1S2S***14-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)光程勞埃德鏡第7頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月楊氏干涉條紋D>>d波程差：干涉加強(qiáng)明紋位置干涉減弱暗紋位置第8頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)明暗相間的條紋對(duì)稱分布于中心O點(diǎn)兩側(cè)。干涉條紋特點(diǎn)：(2)相鄰明條紋和相鄰暗條紋等間距，與干涉級(jí)k無關(guān)。兩相鄰明（或暗）條紋間的距離稱為條紋間距。若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。第9頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月方法一：方法二：(3)

D,d一定時(shí)，由條紋間距可算出單色光的波長(zhǎng)。(4)中央條紋由波程差確定。其位置不一定在坐標(biāo)原點(diǎn)處。第10頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、菲涅耳雙面鏡虛光源、平行于屏幕上O點(diǎn)在兩個(gè)虛光源連線的垂直平分線上，屏幕上明暗條紋中心對(duì)O點(diǎn)的偏離

x為：二、其它分波陣面干涉裝置光欄第11頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2洛埃鏡光欄第12頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)屏幕E

移至

處，從S1和S2

到L點(diǎn)的光程差為零，但是觀察到的是暗條紋，表明兩光波在此干涉相消。相位差應(yīng)為。說明反射時(shí)有相位突變或半波損失存在。結(jié)論：光由光疏介質(zhì)（垂直或掠）入射到光密介質(zhì)界面上時(shí)，反射光相對(duì)入射光產(chǎn)生相位突躍變或稱半波損失第13頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光程干涉現(xiàn)象決定于兩束相干光的相位差。兩束相干光通過不同的介質(zhì)時(shí)，相位差不能單純由幾何路程差決定。光在折射率為n的介質(zhì)中傳播幾何路程為r，相應(yīng)的相位變化為三、光程與光程差波源的振動(dòng)頻率第14頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

光程表示在相同的時(shí)間內(nèi)光在真空中通過的路程，它避免了介質(zhì)中波長(zhǎng)的概念，因?yàn)橥ǔＲ阎牟ㄩL(zhǎng)都是真空中的波長(zhǎng)。S1,S2初相位相同的相干光源定義nr為光程第15頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光程差光在真空中的波長(zhǎng)若兩相干光源不是同相位的兩相干光源同相位，干涉條件第16頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ABCDEABCDE透鏡不會(huì)引起附加的光程差LFFL透鏡的等光程性透鏡的等光程性第17頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同光線通過透鏡要改變傳播方向，但不會(huì)引起附加光程差A(yù)、B、C的位相相同，在F點(diǎn)會(huì)聚，互相加強(qiáng)A、B、C各點(diǎn)到F點(diǎn)的光程都相等。AaF比BbF經(jīng)過的幾何路程長(zhǎng)，但BbF在透鏡中經(jīng)過的路程比AaF長(zhǎng)，透鏡折射率大于1，折算成光程，

AaF的光程與BbF的光程相等。解釋使用透鏡不會(huì)引起各相干光之間的附加光程差。第18頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月問：原來的零級(jí)條紋移至何處？若移至原來的第k

級(jí)明條紋處，其厚度

h為多少？：已知：S2

縫上覆蓋的介質(zhì)厚度為h

，折射率為

n

，設(shè)入射光的波長(zhǎng)為.

解：從S1和S2發(fā)出的相干光所對(duì)應(yīng)的光程差當(dāng)光程差為零時(shí)，對(duì)應(yīng)所以零級(jí)明條紋下移例第19頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原來

k

級(jí)明條紋位置滿足：設(shè)有介質(zhì)時(shí)零級(jí)明條紋移到原來第

k

級(jí)處，它必須同時(shí)滿足：第20頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

利用薄膜上、下兩個(gè)表面對(duì)入射光的反射和折射，可在反射方向（或透射方向）獲得相干光束。肥皂泡的干涉條紋14-3薄膜干涉第21頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月油膜上的干涉條紋蟬翼上的干涉條紋其它干涉條紋第22頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月擴(kuò)展光源照射下的薄膜干涉a1a2a

在一均勻透明介質(zhì)n1中放入上下表面平行,厚度為e

的均勻介質(zhì)n2(>n1)，用擴(kuò)展光源照射薄膜，其反射和透射光如圖所示第23頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月M1M2n1n3n2eLir2i134Pdabci光在界面處的相位躍變1.光路分析第24頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2光線a2與光線a1的光程差為：討論有無半波損失a1a2a第25頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月半波損失（額外程差）問題薄膜折射率介于中間無半波損失薄膜折射率比兩邊大或小時(shí),有半波損失兩邊為同種介質(zhì)時(shí)是否有半波損失？薄膜aa1a2n1n2n3第26頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月——干涉加強(qiáng)——干涉相消若垂直入射，即i=0n1n3n2e123干涉條件相同入射角（傾角）的光線干涉形成同一級(jí)條紋，因此這種干涉又名等傾干涉。第27頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月M1M2n1n3n2e34bir光程差加與不加的條件與反射光時(shí)的正好相反

薄膜折射率介于中間時(shí)有半波損失；薄膜折射率比兩邊的大或小時(shí)無半波損失。4.透射光的干涉第28頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月增透膜-----

利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來減少反射，從而使透射增強(qiáng)。增反膜-----

利用薄膜上、下表面反射光的光程差滿足相長(zhǎng)干涉，因此反射光因干涉而加強(qiáng)。5、增透膜和增反膜第29頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月問：若反射光相消干涉的條件中取

k=1，膜的厚度為多少？此增透膜在可見光范圍內(nèi)有沒有增反？例已知用波長(zhǎng)，照相機(jī)鏡頭n3=1.5，其上涂一層n2=1.38的氟化鎂增透膜，光線垂直入射。解：因?yàn)?，所以反射光光程差不考慮λ/2。反射光干涉相消的條件是：代入k和n2

求得：第30頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月此膜對(duì)反射光干涉相長(zhǎng)的條件：可見光波長(zhǎng)范圍400~700nm波長(zhǎng)412.5nm的可見光有增反。第31頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、劈尖干涉夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜D12空氣劈尖棱邊楔角劈尖干涉（等厚干涉）牛頓環(huán)第32頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月平行單色光垂直照射空氣劈尖上，上、下表面的反射光將產(chǎn)生干涉，厚度為e處，兩相干光的光程差為12θneO第33頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月干涉條件劈尖上厚度相同的地方，兩相干光的光程差相同，對(duì)應(yīng)一定k值的明或暗條紋?！群窀缮胬膺吿?，e=0,=/2，出現(xiàn)暗條紋實(shí)心劈尖12θn2eOn1n3第34頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣劈尖任意相鄰明條紋對(duì)應(yīng)的厚度差：任意相鄰明條紋(或暗條紋)之間的距離l為：在入射單色光一定時(shí)，劈尖的楔角愈小，則l愈大，干涉條紋愈疏；愈大，則l愈小，干涉條紋愈密。當(dāng)用白光照射時(shí)，將看到由劈尖邊緣逐漸分開的彩色直條紋。非空氣劈尖第35頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

測(cè)細(xì)小直徑、厚度、微小變化Δh待測(cè)塊規(guī)λ標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)平晶

測(cè)表面不平度等厚條紋待測(cè)工件平晶

檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)待測(cè)透鏡暗紋第36頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月利用空氣劈尖干涉原理測(cè)定樣品的熱膨脹系數(shù)樣品平板玻璃石英圓環(huán)空氣劈尖

上平板玻璃向上平移/2的距離，上下表面的兩反射光的光程差增加。劈尖各處的干涉條紋發(fā)生明暗明(或暗明暗)的變化。如果觀察到某處干涉條紋移過了N條，即表明劈尖的上表面平移了N·/2的距離。劈尖干涉的應(yīng)用--------干涉膨脹儀第37頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣薄層中，任一厚度e處上下表面反射光的干涉條件：二、牛頓環(huán)第38頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各級(jí)明、暗干涉條紋的半徑：隨著牛頓環(huán)半徑的增大，條紋變得越來越密。e=0,兩反射光的光程差=/2，為暗斑。第39頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例已知：用紫光照射，借助于低倍測(cè)量顯微鏡測(cè)得由中心往外數(shù)第k

級(jí)明環(huán)的半徑,k

級(jí)往上數(shù)第16個(gè)明環(huán)半徑，平凸透鏡的曲率半徑R=2.50m求：紫光的波長(zhǎng)？解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：第40頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月14-4邁克耳遜干涉儀AlbertAbrhamMichelson,1852-19311907年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者第41頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月M1S半透半反膜2121G1G2M1M2第42頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、邁克耳遜干涉儀光束2′和1′發(fā)生干涉若M1、M2平行

等傾條紋若M1、M2有小夾角

等厚條紋若條紋為等厚條紋，M1平移d時(shí)，干涉條移過N條，則有：M12211S半透半反膜M2M1G1G2應(yīng)用：微小位移測(cè)量測(cè)折射率第43頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例.在邁克耳遜干涉儀的兩臂中分別引入10厘米長(zhǎng)的玻璃管A、B

，其中一個(gè)抽成真空，另一個(gè)在充以一個(gè)大氣壓空氣的過程中觀察到107.2

條條紋移動(dòng)，所用波長(zhǎng)為546nm。求空氣的折射率？第44頁(yè)，課件共48頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：設(shè)空氣的折射率為n邁克耳遜干涉儀的兩臂中便于插放待測(cè)樣品，由條紋的變化測(cè)量有關(guān)參數(shù)。精度高。

充氣過程中折射率在變化，所以