大学基础物理电子教案：21光的干涉

1、第21章 光的干涉,习题课,21.1 光源及光波的相干条件,21.5 光波的空间相干性和时间相干性,21.2 分波面两光束干涉,21.3 分振幅薄膜干涉,21.4 迈克尔逊干涉仪,第21章 光的干涉,卷首页,大学基础物理（3）电子教案,21.1.1 引言,1).微粒说与波动说之争,牛 顿,惠更斯,1850年5月6日，Foucault的实验证明,章首页,21.1 光波的相干条件,21.1 光源及光波的相干条件,1.光的本质,2.光学分类,几何光学,物理光学 波动光学、量子光学,现代光学 激光、全息光学、非线性光学、付,2).过程,里叶光学、光信息、光通讯,章首页,21.1 光源及光波的相干条件,

2、21.1.2 光源,1.光源的分类,激光光源,普通光源 冷光源、热光源,2.热光源发光特点,各原子或分子发出的波列彼此 完全独立,原子或分子发光是间歇的,章首页,21.1 光源及光波的相干条件,3.热光源一般不能作为相干光源,4.相干光源的获得方法,波面分割法,振幅分割法,振动面分割法,5.光矢量(或光振动,章首页,21.1 光源及光波的相干条件,21.1.3 同振向同频率两列单色,1.合成波波动方程,平面波的迭加,章首页,21.1 光源及光波的相干条件,2.光强和平均光强的分布规律,21.1.4 相干迭加和相干条件,1.非相干迭加,章首页,21.1 光源及光波的相干条件,2.相干迭加,章首页

3、,21.1 光源及光波的相干条件,3.相干条件,两光波在相遇点的光程差不能太大,两光波在相遇点所产生的,2)补充条件,1)必要条件：频率相同的两光波在,相遇点有相同的振向和恒定的位相差,光振动的振幅相差不太大,章首页,21.1 光源及光波的相干条件,21.2 分波面两光束干涉,21.2.1 历史上获得相干光的著名方法,1.杨氏双缝,2.菲涅尔双面镜,3.洛埃德镜,章首页,21.2 分波面两光束干涉,21.2.2 干涉条纹的分布规律,1.相干性分析,先分析S为一个原子,再考虑S为多个原子,的情形,的情形,以杨氏为例,章首页,21.2 分波面两光束干涉,2.干涉条纹的分布规律,3.明纹宽度和暗纹宽

4、度,明纹宽度和暗纹宽度相等，与级数k无关,4.条纹分布特征,章首页,21.2 分波面两光束干涉,反映的是光波空间的周期性,一般的，2a在mm量级以下，D在m量级以下,3.洛埃德镜中的半波损失,干涉放大为光强分布空间的周期性,由x间接测出,x反映的是干涉场中光强分布的空间周期性, 可通过,章首页,21.2 分波面两光束干涉,21.3.1 光程和光程差,1.光程概念的引入,不同的介质，则,在真空中,在介质中,21.3 分振幅薄膜干涉,21.3 分振幅薄膜干涉,在位相改变相同的条件下，nx可认为是光在真空,中所经过的几何路程，称为光程，用表示。若光通过,章首页,作业(2,习题:19,24,28,30

5、,预习: 21.4,2.薄透镜不产生附加光程差,薄透镜 光心 主光轴 付光轴,主焦点 付焦点 焦平面,透镜可改变光线传播方向,在光路中放入薄透镜不会,引起附加光程差,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,21.3.2 薄膜干涉概述,各反射光线与入,相对光强,3,2,1,反射光线,1.相干性分析,射光线的相对光强,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,2.求光程差,3.有关问题的说明,2的符号选择和k值范围的确定,透射光1和2的和n2n1时反射透射的,光程和光程差 薄膜干涉概述 =f(i);f();f(e,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,21.3.3 =f(i)薄膜的等倾,k与i有一一对应关系,1.单

6、色点光源产生的等倾,2.单色面光源产生的等倾干涉条纹,干涉条纹,干涉条纹,怎样形成的？ 请点击动画1,请点击动画2,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,3.等倾干涉条纹的定量分析,1)干涉条件,2)相邻干涉圆环对应倾角的变化,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,3)讨论,“-”表明,非间等距,膜越厚，条纹越密,膜的折射率越高，条纹越密,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,21.3.4 =f()-复色面光源的薄膜干涉条纹,k与有一一对应关系,例,利用薄膜干涉可测定膜的厚度和折,率（增透膜)或反射率（高反膜）等,射率、光的波长、提高光学器件的透射,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,21.3.5 =f(e

7、)-等厚干涉条纹,k与e有一一对应关系,1.等厚干涉图样的位置分析,2.劈尖,1)干涉条件,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,3）两个重要结果,4) 应用,检测表面光平程度(图,2）条纹形状,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,3.牛顿环,1)干涉条件同劈尖,2）牛顿环装置,3）条纹形状,1.4,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,明环半径公式,暗环半径公式,证明提示,3)应用,测,检验透镜表面质量,两个重要公式,章首页,21.3 分振幅薄膜干涉,装置 条纹的观察 用途,21.4.1 干涉仪的装置,21.4 迈克尔逊干涉仪,章首页,21.4 迈克尔逊干涉仪,21.

8、4.2 等倾等厚条纹的观察,1.光路分析,2.光程分析,章首页,21.4 迈克尔逊干涉仪,装置 条纹的观察 用途,3.等倾和等厚干涉条纹的控制,观察等,与 不严格平,行时，可观察等厚,倾干涉条纹,干涉条纹,章首页,21.4 迈克尔逊干涉仪,装置 条纹的观察 用途,21.4.3 干涉仪的用途,2.测的原理,3.测t(或n)的原理,视场中的干涉条纹分布发生改变,章首页,21.4 迈克尔逊干涉仪,装置 条纹的观察 用途,21.5 光波的空间相干性和时间相干性,21.5 光波的空间相干性和,21.5.1 干涉条纹的可见度,21.5.2 光波的空间相干性,图21.25 光源宽度对干涉条纹可见度的影响,21.5 光波的空间相干性和,干涉条纹可见度不为零的条件是,即光源缝宽度,对于给定宽度的缝光源，两缝间,沿波线垂直方向上，并不是任意两处的光都能产生干涉,图21.26 扩展光源双缝干涉的光强分布,距离应满足,21.5.3 光波的