大學物理多媒體課件光的干涉

波動光學1光學是研究光的傳播以及它和物質(zhì)相互作用光學通常分為以下三個部分：▲幾何光學：以光的直線傳播規(guī)律為基礎(chǔ)，▲波動光學：研究光的電磁性質(zhì)和傳播規(guī)律，▲量子光學：以光的量子理論為基礎(chǔ)，研究各種成象光學儀器的理論。是干涉、衍射、偏振的理論和應(yīng)用。物質(zhì)相互作用的規(guī)律。主要研究光與特別問題的學科。2光的干涉（Interferenceoflight）第三章3§3.1光源的相干性§3.2雙縫干涉及其他分波面干涉實驗§3.3時間相干性§3.4空間相干性§3.5光程§3.6薄膜干涉（一）—等厚條紋§3.7薄膜干涉（二）—等傾條紋§3.8邁克耳孫干涉儀本章目錄4§3.1光源的相干性一.光源（lightsource）光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子。=(E2-E1)/hE1E2能級躍遷輻射波列波列長L=c52.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··獨立（同一原子先后發(fā)的光）獨立（不同原子發(fā)的光）（傳播方向，頻率，相位，振動方向）6二.光的相干性

1.兩列光波的疊加·P··12r1r2P：12E0E10E20干涉項（只討論電振動）7非相干光源：I=I1

+I2—非相干疊加

完全相干光源：▲相長干涉（明）（k=0,1,2…）▲相消干涉（暗）

(k=0,1,2…)8I02-24-44I1襯比度差(V<1)襯比度好(V=1)振幅比，▲決定襯比度的因素：光源的寬度光源的單色性，IImaxImin02-24-4干涉條紋可反映光的全部信息（強度，相位）。2.

條紋襯比度（對比度，反襯度）（contrast）

93.普通光源獲得相干光的途徑

PS

*分波面法：分振幅法：·

P薄膜S*在

P

點處相干疊加10§2雙縫干涉及其他分波面干涉實驗

一.雙縫干涉r1r2xdxD0單色光入射d>>，D>>d（d

10-4m，D

m）波程差：相位差：P·（書3.1和3.2節(jié)）11明紋

暗紋

條紋間距：x0xIxr1r2xdxD0P·12（1）一系列平行的明暗相間的條紋；

（3）中間級次低，兩邊級次高；明紋：

k，k=1，2…（整數(shù)級）暗紋：

(2k+1)/2（半整數(shù)級）（4）

條紋特點：（2）不太大時條紋等間距；白光入射時，0級明紋中心為白色（可用來定0級位置），其余級明紋構(gòu)成彩帶，第2級開始出現(xiàn)重疊（某條紋級次=該條紋相應(yīng)的

之值）（書P124例3.1）13白光入射的楊氏雙縫干涉照片紅光入射的楊氏雙縫干涉照片14二.光強公式若I1=I2

=I0

，則光強曲線k012-1-2I02-24-44I0sin0/d-/d-2/d2/dx0x1x215三.珍干捐涉問歇題分反析的凈要點踩：（1悟）搞慶清發(fā)魄生干窮涉的深光束舌；（2堅）計嗚算波障程差越（光之程差衡）；（4歐）求澤出光旅強公析式、袋畫出釘光強梢曲線依。（3篩）搞革清條購紋特嘆點：形狀維、位置偉、級次吊分布脹、條紋斜移動率等；16△四.向其令他分猴波面搭干涉贊實驗要求幅明確兼以下中問題牙：1.罩如何衫獲得勝的相盟干光坑；2.協(xié)明、末暗紋朋條件生；3.酸干涉漠條紋拆特點何：4.妄勞埃稀鏡實陰驗說臟明了東什么酸？重點臥搞清勞埃劇鏡實暫驗。形狀綁、間距屆、級次脊位置窩分布；（自學經(jīng)書P1已28導(dǎo)—1總29灑）17一.獻光必的非姑單色繡性1.捆理想阻的單值色光、2.腸準單解色光拍、譜域線寬縱度有一盡定波長踢（頻絮率）飾范圍的光重。譜線閉寬度逼：準單圖色光退：在某滑個中心象波長祥（頻唉率）附近00II0譜線寬度§3.3時間相干性（temporalcoherence）18（1欲）自演然寬代度EjEiEi3.松造成稠譜線探寬度塊的原短因：（2偶）坦多普晨勒增悅寬（3費）孟碰撞沃增寬·Ej19二.妨非黃單色瞞性對村干涉但條紋沾的影但響設(shè)能屑產(chǎn)生干涉氧的最蠢大級扮次為kM，-(/2)+(/2)合成光強123456012345x0I又則應(yīng)形有：20三克.秘相干懷長度嫩與相堵干時輛間1.哲相您干長篩度（co陵he采re轎nt悔l燃en稠gt殺h）兩列兇波能毫發(fā)生渡干涉勉的最亞大波搶程差求叫相干級長度描。：中心波長SS1S2c1c2b1b2a1a2·PS1S2Sc1c2b1b2a1a2P·才能發(fā)生禁干涉肅。上圖容表明鹽，波列擊長度疫就是爆相干閃長度輕。相干贊長度能干論涉不能暗干涉只有同一清波列分成獎的兩庸部分喉，經(jīng)過膝不同羨的路程再相遇時，21普通賴單色遍光：激光象：（實際禮上，霸一般劉為1淋0-1擠101m）（理想喘情況訓(xùn)）22光通宵過相唯干長吩度所篇需時賀間叫相干映時間果。2.貓相干得時間（co本he具re霉nt蝕l善en督gt兵h）的長寨短來骨衡量銜的。光的桌單色戀性好憐，相干孤時間時間禍相干森性也麗就好償。時間披相干駱性的翼好壞壯，就是齒用相忍干長唯度δM（波鞠列長燭度）或相詞干時矩間（波項列延招續(xù)時碎間）相干屑長度鵝和相油干時尤間就爺長，23§3栗.4冒空績間相士干性（sp曲at講ia傲l編co戀he功re她nc獅e）一.墾空少間相工干性祝的概倍念討論得光源紋寬度濕對干蘿涉條話紋襯屢比度廳的影宰響。S1d/2S2RD光源寬度為bb/2LMN0M0N0LI非相干疊加+1L1NxI合成光強Ix合成光強24xI合成光強0Nx+1L0M0L-1NS1d/2S2RD光源寬度為b0b0/2LMN0M0N0LI非相干疊加+1L1N二.上極惱限寬甜度當光窯源寬度b增大衣到某牌個寬度b0時，紋剛早好消光失：干涉嘆條25D>>d：R>>b0、d：b0就稱廊為光源旺的極格限寬針度，△x/2+1Lr1d0DR·r2r1r2單色光源b0

/2xLM其計尊算如江下：此時L的一級明紋的極大在一級繞明紋今：26——光源懼的極撈限寬逝度時，才能觀察到干涉條紋。為觀察到較清晰的干涉條紋通常取有：由27三.喝相揚干間諷隔和餓相干器孔徑隊角1.賤相蓋干間于隔R一定奏時，d0越大田，光童場的綢空間貞相干蚊性越歸好。由則要衡得到示干涉足條紋傻，必須。令——獅相可干間值隔d0bS1S2Rd若b和R一定生，相干殼間隔d0是光老場中贈正對辟光源楚的平董面上撞能夠產(chǎn)生帖干涉拍的兩研個次陪波源曬間的威最大牽距離揭。282.隱相流干孔拼徑角S1S2b0d0R相干蹄孔徑稱角0越大身空間菊相干聽性越紡好。在θ0范圍論內(nèi)的酬光場拘中，詳正對廢光源碑的平番面上的任磚意兩爆點的碑光振任動是逝相干惹的。★普通畢單色筆光源分波承面干潔涉受到票光源齡寬度藏的限籮制，不受嚇以上距限制腐。相干緒孔徑乘角來薪代替葛。相干塔間隔墻也可革以用—d0對光升源中滿心的片張角泉。存在條紋切亮度和襯比盤度的矛盾灑。而激光允光源拖則29四.孝相肌干間糖隔的榜應(yīng)用飾舉例bdR星體測遙宣遠星談體的角直杯徑考慮杰到衍攔射的劈燕影響糟，有使d=d0，則條迎紋消孕失。由，有利用液空間筐相干保性可棵以30由此撓得到眉：

▲測星鴨干涉廁儀：間的洽距離柏就是d0。M1M2M3M4屏邁克耳孫測星干涉儀反射鏡S1S219危20返年1冬2月尿測得汽：利用余干涉復(fù)條紋王消失灘測星過體角路直徑遙遠宜星體碎相應(yīng)持的d0幾至獻十幾圾米。邁克刃耳孫川巧妙說地用究四塊般反射鏡語增大傲了雙嚼縫的平縫間薯距。屏上條紋消失時，M1M4獵戶央座星nm（橙色），31§3斤.5賭光程（op東ti妹ca寇l康pa含th頂）一.冷光鞭程真空京中：··rab介質(zhì)寺中：··abnr介質(zhì)—介質(zhì)銜中波物長—真空透中波技長為方足便計敘算光止經(jīng)過療不同腫介質(zhì)夸時引婆起的灘相差越，引入戚光程隔的概增念。32為介云質(zhì)中棒與路態(tài)程r相應(yīng)的光程呼。這表驚明，紗光在狹介質(zhì)漸中傳燒播路盯程r—真空躍中波士長傳播肺路程nr引起幣的相遞位差嚷相同掉。我們武稱nr由此院得到征關(guān)系秘：[例野]計算起圖中考光通走過路暮程r1和r2在P點的公相差個。nS1S2r1r2dP·和在真鞋空中33二距.伐透鏡件不會我產(chǎn)生鋸附加壩光程榮差物點懂到象版點（亮點聰）各Sacb··SFacb·ABCFacb·ABCF在干汽涉和驚衍射挺裝置孫中經(jīng)注常要瘋用到仗透鏡慰，光線崇經(jīng)過允透鏡嘩后并疾不附書加光逗程差茂。焦點F、F都是亮耗點，說明芳各光薪線在譽此同游相疊默加。而A、B、C或a、b、c都在再同相怕面上叛。光線禁之間旺的光兄程差鼠為零柿。BF，CF說明AF，各光線棍等光辰程。BF，CF或AF，34厚度貞均勻燈薄膜湊在無體窮遠咱處的等傾勿條紋刻?！?鉗.6韻薄膜晝干涉（fi密lm暈i徑nt沙er躲fe咱re攀nc硬e）（一）——輪等很厚條輝紋（eq標ua縣l跌th膨ic沉kn任es判s礦fr焦in未ge若s）▲薄膜侍干涉疫是分當振幅守干涉。▲日常綁中見獵到的他薄膜蕩干涉拒：肥皂匹泡上妻的彩瓶色、雨天面地上英油膜罵的彩誰色、昆蟲辮翅膀煌的彩粥色…浪。▲膜為阻何要芹?。咯じ獾馁J相干輝長度陡所限艘。膜的揚薄、松厚是頓相對倍的，與光斧的單厭色性漠好壞床有關(guān)鍛?！毡榘竦赜懥苷摫⌒帜じ汕谏媸墙z式個極號為復(fù)貪雜的廚問題令。實際意義弓最大喬的是厚度陽不均己勻薄勻膜表鍵面的等厚蔬條紋和35本節(jié)扮討論扛不均浮勻薄翼膜表虧面的等厚傘條紋崖。一.杯劈洞尖（we膛dg塊e沸fi餅lm牌）（劈形車膜）夾角和很小醫(yī)的兩攻個平休面所姻構(gòu)成疏的薄門膜叫劈尖膏。enAnn(設(shè)n>

n

)反射光2反射光1S*單色平行光·121、2兩束蔽反射訴光例如贊在膜聞面上談（A點）來自莫同一名束入縱射光惕，它們金可以傲產(chǎn)生標干涉穿。1、2兩束反射光相干疊加，就可行成明暗條紋。36反射扔光1單色餐平行匪光垂倆直入績射ennn·A反射崇光2(設(shè)n>n)所以植反射倚光1魄、2的明紋恥：暗紋柴：同一亭厚度e對應(yīng)勞同一啄級條企紋——礦等剛厚條克紋實際詠應(yīng)用簡中大寄都是章平行扔光垂直龍入射到劈努尖上芹。程差貼可簡化計算填?？紤]鉆到劈間尖夾角捕極小器，反射欄光1所、2練在膜瞧面的添光光程幣差為在A點，反射鳳光1模有半滑波損失培，37條紋語間距抗：又∴Leekek+1明紋暗紋nL38等厚讀干涉減條紋劈尖不規(guī)拾則表達面39白光逗入射單色墾光入憂射肥皂閣膜的閘等厚挨干涉廣條紋演示白光膛經(jīng)肥陷皂膜北的干括涉（KG你00鋒1）40(1)暗環(huán)erR·平晶平凸透鏡o二古.脹牛頓乘環(huán)(2)暗環(huán)透：∴條紋胡間距，內(nèi)圈簡的條彩紋級飽次低糟。（k=0，1，2…）(1)、(2)第k個暗環(huán)半徑：光程抹差：41明環(huán)種半徑公公式思考▲平凸墳透鏡付向上傍移，籠條紋斷怎▲白光倍入射值條紋除情況探如何參？（自束己推鮮導(dǎo)）牛頓烈環(huán)裝泉置簡樂圖：平晶S分束鏡M顯微鏡0平凸透鏡.樣移久動?▲透射野光條響紋情友況如菠何？42牛頓葡環(huán)照某片演示白光波牛頓秘環(huán)（KG窄00咬2，稼KG啟00獸3）43三銳.緒等厚涂條紋掀的應(yīng)當用1.辮劈羅尖的明應(yīng)用翁：▲測波愛長：已知θ、n，測L可得▲測折流射率繭：已知θ、，測L可得n▲測細傍小直您徑、▲測表妙面不代平度h待測塊規(guī)標準塊規(guī)平晶等厚條紋待測工件平晶待測樣品石英環(huán)平晶干涉膨脹儀依據(jù)奔公式厚度王、微小贊變化芽：（書P1葛45例考3.撓4）（書P1躲46例信3.修5）（書P159習題3.19）442.蓮牛插頓環(huán)青的應(yīng)螞用：▲測透賠鏡球票面的榜半徑R▲測波歉長▲檢驗朱透鏡糕球表須面質(zhì)韻量標準驗規(guī)待測透鏡暗紋已知,測m、rk+m、rk，可得R。已知R，測出m、rk+m、rk，可得。依據(jù)愉公式若條臥紋如碑圖，說明很待測叼透鏡球表僑面不挎規(guī)則疾，且煤半徑量有誤現(xiàn)差。一圈條紋對應(yīng)的球面誤差。45暗紋標準驗規(guī)待測透鏡暗紋標準驗規(guī)待測透鏡如何賽區(qū)分逼如下長兩種凍情況勾?思考46一.幸點皇光源巖照明溉時的府干涉驢條紋味分析LfP0r環(huán)ennn>nrACD·21Siiii光束典1、弟2的凡光程駛差：得·膜厚宿均勻另（e不變跡）·又·B·§3.7薄膜干涉（二）—等傾條紋（e冶qu敏al霧i茄nc劣li河na剖ti膊on鳳f瓶ri膜ng銳es言）47或明紋暗紋▲形狀么：條紋萍特點遷：一系卵列同同心圓超環(huán)r環(huán)=ftgi▲條紋醒間隔燃分布嗓：內(nèi)疏穴外密（想郊想為釋什么腰？）▲條紋鬧級次筐分布厭：e一定膀時，▲波長任對條炒紋的企影響吉：▲膜厚端變化陸時，談條紋疼的移擋動：i相同姜的光辛線對宋應(yīng)同錘一條旨干涉花條紋—延等傾藏條紋麥。即傾角當k(k)一定注時，i也一卷定，LfPor環(huán)iSi12en’nii

·n’48二扎.睡面光胃源照閱明時霉，干肝涉條倘紋的氧分析只要i相同炸，都厚將匯閉聚在僻同一李個干剃涉環(huán)晝上（非麻相干片疊加毛），因而鏈明暗勻?qū)Ρ任浉r尼明。foennn>n面光源·Pr環(huán)·ii·49觀察瞞等傾來條紋見的實旱驗裝掘置和膛光路inMLSf屏幕對于構(gòu)觀察份等傾耳條紋草，沒項有光皆源寬練度和旁條紋襯比吼度的移矛盾懼!50等傾條紋照相三.晶應(yīng)擠用：增透釋射膜齊和增霜反射洪膜（書例3膽.7）演示等傾喇干涉霸條紋（KG努00采5）51§9劃邁克末耳孫踩干涉膝儀（Mi摟ch嶺el所so攜nin蘆te忘rf涉er良om稼et消er逝）一.校儀扎器結(jié)宰構(gòu)、俯光路二.磁工耽作原瓶理光束漂2′控和1扔′發(fā)岔生干即涉若M1、M2平行等傾害條紋若M1、M2有小促夾角等厚肌條紋十字叉絲等厚條紋M12211半透潤半反責膜補償怖板反射效鏡反射廣鏡光源觀測匯裝置薄膜則有：補償枕板可剛補償熱兩臂舊的附跨加光啟程差隸。若M1平移d時，干涉條移過N條，SM2M1G1G2E5253邁克閥耳孫尾干涉位儀演示邁克慘耳孫球干涉樣儀的券等傾助條紋（KG衫00產(chǎn)7）54邁克淡耳孫筑在工首作邁克鵲耳孫（A.新A.Mi齒ch居el駁so彩n）因創(chuàng)昏造精固密光鳥學儀羅器，啄用以遷進行鞠光譜杜學和至度量恭學的披研究亡，并頸精確螺測出屋光速夜，獲1劍90辣7年診諾貝賓爾物偵理獎平。美籍套德國崇人55全息煎照相墾實驗?zāi)⑦~克稍耳孫航干涉守儀至塌今仍殊是許此多光鹿學儀盒器的踢核心淹。愛因籃斯坦贊譽鍵道：“我總申認為控邁克優(yōu)耳孫芹是科倉學中結(jié)的藝辨術(shù)家糠，最大傻樂趣誘似乎蛇來自遷實驗聚本身遍的優(yōu)掘美的精午湛，和所延使用么方法他從恨來不宋認為大自己紛在科發(fā)學上鐘是個里嚴格章的‘專學家’漸，事實果上的污確不單是，他的但始弊終是肆個藝使術(shù)家駐?！敝匾嗟奈锷依硭寂耄尚忻畹膲▽嶒炩n構(gòu)思＋精關(guān)湛的蘿實驗刺技術(shù)科學舍中的巨藝術(shù)許多漢著名嘗的實慣驗都共堪稱霉科學淺中的淡藝術(shù)漂，如：吳健痰雄實擺驗、施—蓋實快驗等博等。56三.邁克掌耳孫笛干涉齊儀的應(yīng)用▲測介桐質(zhì)折董射率▲測量濟微小殖位移ln光路頌1中克插入斑待測農(nóng)介質(zhì)敵，由此可測搶折射廊率n。以波長為尺度，可精確到產(chǎn)生附加煉光程撒差：M11若相約應(yīng)移膛過N個條酒紋，則應(yīng)挎有（書P1拍61習題抵3.粱31神）57用邁萍克耳兵孫干執(zhí)涉儀賽測氣戶流58▲*光學杜相干CT—斷層割掃描丟成像薪新技柴術(shù)（CT鼠-C好om惑pu源te園dTo億mo工gr疊ap慢hy）第二取代：NM番R籃CT－核磁元共振張成象第一捆代：X射線CT射線CT－工業(yè)CT計算程機斷既層成廚象空間偶分辨厘率達閉微米歐的量昂級第三王代：光學巧相干CT－O禍CT（Op販ti剪ca憲l漿Co督he宿r(nóng)e煮nc刪eTo故mo哈gr番ap似hy，簡稱OC丈T）591.傘原甩理的光芳脈沖集延遲斤時間隸也不規(guī)同：要實塑現(xiàn)微創(chuàng)米量叨級的靜空間攔分辨息率（慨即d慨m）倚，激光寧器的士脈沖燭寬度叔要很即小～10－1坦5秒—飛職秒樣品裕中不地同位澤置處被反射就要振求能哭測量t嚼10-1歷4秒的劃時間科延遲植。數(shù)量悉級估竭計：樣品（1）樣品反射光脈撓沖的村延遲索時間60時間裕延遲枯短至10－1才4～1原0－1醒5s，電子木設(shè)備擊難以可利勸用邁排克耳撲孫干板涉儀僚原理壺測量膏。當參興考光號脈沖遷和信舉號光啦脈沖號序列柏中的那某一蜻個脈蜘沖同時到達猶探測肚器表插面時恭，這種辜情形培,嚷只有陰當參循考光秀與信淚號光例的這俘個脈絲式?jīng)_經(jīng)