大学物理光学：第十六章 光的干涉

1、1,第十六章 光的干涉,目录,1 光源 光的相干性,2 光程 光程差,3 分波前双光束干涉,一 杨氏双缝干涉,二 分波前干涉的其它一些实验,一 光程 二 光程差 三 成象的等光程性 四 半波损失,一 光源 二 光波的描述 三 光的相干性 四 获得相干光的方法,2,(400700)nm的窄小范围,各种波长的电磁波中，能为人所感受的是,这波段内电磁波叫可见光，在可见光范围内，不同频率的光波引起人眼不同的颜色感觉,对应的频率范围是 = （7.6 4.0）1014 HZ ,760 630 600 570 500 450 430 400(nm),红 橙 黄 绿 青 蓝 紫,3,电磁波谱:,中波,长波,紫

2、,靛,蓝,绿,黄,橙,红,光 波,4,第一章 光的干涉,1 光源 光的相干性,一 光源,二 光波的描述,普通光源：,2 发光的随机性,1 发光的间隙性,激光光源： 单色性好。,表示光源单色性好坏,光波列长度,电场强度E的振动称为光振动。,ZLCAI,5,平均能流密度或称为光强,电磁场的能量密度,平面电磁波的能量密度,能流密度矢量的大小,6,三 光的相干性,结论：比较空间两处的光强，除去介质本身因素外， 就是考虑两处光振动矢量的振幅大小。,1 光的独立传播原理 光波叠加原理,式中 为在P处，t 时刻两列波的相位差,对于空间各点，垂直于 方向的振动其 光强是相同的；而另一方向的振动合成：,7,在

3、p处的光强取决于：,干涉项:,与两波源的频率、初相位以及空间 p的位置有关。它决定着p点的光强,2 相干条件:,干涉项不为零的叠加，称之为相干叠加,所以相干条件即为相干项不为零的条件,8, 两列波有相互平行的电振动分量，即 。,当两列波的振幅相等时，干涉现象最明显。,四 获得相干光的方法,1 分波前的方法 杨氏干涉,2 分振幅的方法 等倾干涉、等厚干涉,3 分振动面的方法 偏振光干涉,2 相干条件：, 两列波的频率相等。, 两列波的初相位相等。,相干条件即为相干项不为零的条件,9,光在介质中传播的距离 折算成真空中的长度。,一 光程, 2 光程 光程差,在介质中传播的波长，折 算成真空中波长的

4、关系。,10,三 成象的等光程性,二 光程差,两光程之差 叫做光程差。,相位差：,当用透镜观测干涉时， 不会带来附加的光程差。,结论：,11,四 半波损失,当用透镜或透镜组成的光学 仪器观测干涉时，观测仪器 不会带来附加的光程差。,1 当光从折射率大的光密介质， 正入射于折射率小的光疏介质 时，反射光没有半波损失。,2 当光从折射率小的光疏介质， 正入射或掠入射于折射率大的光 密介质时，则反射光有半波损失。,有半波损失,没有半波损失,12, 3 分波前双光束干涉,一 杨氏双缝干涉,1 实验装置,2 实验结果及讨论,因为：,所以：,13,此处波长均指真空中的波长。,当 时：,由几何关系得：,14

5、,当 时：,相干相长,相干相消,即明条纹中心位置：,当 时：,即暗条纹中心位置：,15,相邻明条纹（或暗条纹）的间距为：,当k=1 时相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。,杨氏干涉条纹是等间距的。,若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。,在屏幕上x处发生重极时，满足：,16,当 即 发生重级 。,干涉级次越高重叠越容易发生。,杨氏干涉可用于测量波长。,方法一：,方法二：,杨氏干涉是不定域干涉。,17,二 分波前干涉的其它一些实验,1 菲涅耳双面镜实验：,实验装置：,虚光源 、,平行于,明条纹中心的位置,屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕 上明暗条纹中心对O点的偏离 x为：,暗条纹中心的位置,结论：它也是分波前双光束干涉，是不定域干涉。,18,2 洛埃镜实验,当屏幕W移至B处， 从 S 和 S 到B点的 光程差为零，但是 观察到暗条纹，验 证了反射时有半波 损失存在。,3 菲涅耳双棱镜实验,用几何光学 可以证明：,结论：它们也是分波前双光束干涉。是不定域干涉。,19,例题：一 杨氏干涉的应用,问：原来的零极条纹 移至何处？若移至原 来的第 k 级明条纹处，其厚度 h 为多少？,已知：S2 缝上覆盖 的介质厚度为 h ， 折射率为 n ，设入 射光的波长为,解：从S1和S2发出的相干光所