B03.光的干涉PPT课件

1、B03.光的干涉1 B03.光的干涉2 第三章第三章 光的干涉光的干涉 3.1 3.1 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 （Interference of lightInterference of light） 3.2 3.2 相干光相干光 *3.3 3.3 光的非单色性对干涉条纹的影响光的非单色性对干涉条纹的影响 *3.4 3.4 光源的大小对干涉条纹的影响光源的大小对干涉条纹的影响 3.5 3.5 光程光程 3.6 3.6 薄膜干涉（一）薄膜干涉（一） 等厚条纹等厚条纹 3.7 3.7 薄膜干涉（二）薄膜干涉（二） 等倾条纹等倾条纹 3.8 3.8 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 B03.光的干涉3

2、 3.1 3.1 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 一一. . 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉(1801)(1801) 单色光入射单色光入射 d d ，D d D d （d d 10 10 -4 -4m m， ， D D m m） 波程差：波程差： D x dddrr tgsin 12 相位差：相位差： 2 r1 r2 x d x D 0 P B03.光的干涉4 明明 纹纹2 , 1 , 0, k d D kxk k 暗暗 纹纹 d D kxk k 2 )1 2(, 2 )1 2( )12( 条纹间距：条纹间距： d D x x0 x I x r1 r2 x d x D 0 P B03.光的干涉5 (1)

3、(1) 一系列平行的明暗相间的条纹；一系列平行的明暗相间的条纹； (3) (3) 中间级次低，两边级次高；中间级次低，两边级次高； 明纹：明纹： k k ，k k =0 =0，1 1，22（整数级）（整数级） 暗纹：暗纹： (2(2k k+1)/2 +1)/2 （半整数级）（半整数级） (4)(4) ， x 条纹特点条纹特点： (2) (2) 不太大时条纹等间距；不太大时条纹等间距； 白光入射时，白光入射时，0级明纹中心为白色级明纹中心为白色 （可用来定（可用来定0级位置），级位置）， 其余级明纹构成彩带，其余级明纹构成彩带， 第第2级开始出现重叠（为什么？）级开始出现重叠（为什么？） （某条

4、纹级次（某条纹级次 = = 该条纹相应的该条纹相应的 12 rr 之值之值） B03.光的干涉6 白光入射的杨氏双缝干涉照片白光入射的杨氏双缝干涉照片 红光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片 B03.光的干涉7 二二 . . 光强公式光强公式 1. 1. 两列光波的叠加两列光波的叠加 电电场场强强度度， E P 1 2 r1 r2 )cos( 1101 tEE )cos( 2202 tEE P： )cos( 021 tEEEE cos2 2010 2 20 2 10 2 0 EEEEE 12 , 2 202 2 101 2 0 EIEIEI ，又又 1 2 E0 E10 E20

5、2121 /，令令EE cos2 2121 IIIII光光强强 干涉项干涉项 （只讨论只讨论电振动电振动） B03.光的干涉8 非相干光源：非相干光源： 0cos I = I I = I 1 1 + + I I 2 2 非相干叠加非相干叠加 完全相干光源：完全相干光源： coscos 相长干涉相长干涉( (明明) ) ， k2 2121max 2IIIIII （k k = 0,1,2= 0,1,2） 相消干涉相消干涉( (暗暗) ) ， )12( k 2121min 2IIIIII ( (k k = 0,1,2)= 0,1,2) B03.光的干涉9 21 II 21 II I 0 2 -2 4

6、 -4 4I1 衬比度差衬比度差 ( (V V 1) n ) 反射光反射光1 反射光反射光2 单色平行光单色平行光 B03.光的干涉21 反射光反射光1 单色平行光垂直入射单色平行光垂直入射 e n n n A 反射光反射光2 (设设n n ) A A：1 1、2 2的光程差的光程差 明纹：明纹： 321)( = ，kke 暗纹：暗纹：，3210 2 )1 2()( = kke 同一厚度同一厚度e e对应同一级条纹对应同一级条纹等厚条纹等厚条纹 实际应用中大都是平行光实际应用中大都是平行光垂直入射垂直入射到劈尖上。到劈尖上。 程差可程差可简化简化计算。计算。 )( 2 2ene 考虑到劈尖考虑

7、到劈尖夹角极小，夹角极小，反射光反射光1、2在膜面的光在膜面的光 演示演示 B03.光的干涉22 条纹间距：条纹间距： e L 又又 n e 2 n L 2 L L e ekek+1 明明 纹纹 暗暗 纹纹 n L B03.光的干涉23 等厚干涉条纹等厚干涉条纹 劈尖劈尖 不规则表面不规则表面 B03.光的干涉24 白光入射白光入射单色光入射单色光入射 肥皂膜的等厚干涉条纹肥皂膜的等厚干涉条纹 B03.光的干涉25 光程差：光程差： 2 2 e eReRRr 2)( 222 R r e 2 2 (1)(1) 2 )12( 2 2 ke (2)暗环：暗环： kkRrk k rk 条纹间距条纹间距

8、 ， 内圈的条纹级次低。内圈的条纹级次低。 （k k = 0= 0，1 1， 2 2 ） (1)(1)、(2)第第k k个个暗环半径：暗环半径： 暗环暗环 e r R 平晶平晶 平凸透镜平凸透镜 o 二二. . 牛顿环牛顿环 B03.光的干涉26 明环半径公式明环半径公式 思考思考 平凸透镜向上移平凸透镜向上移,条纹怎条纹怎 白光入射条纹情况如何？白光入射条纹情况如何？ （自己推导）（自己推导） 321 ， k 2 )12( Rk rk 牛顿环装置简图牛顿环装置简图 平晶平晶 S 分束镜分束镜 M 显微镜显微镜 0 平凸透镜平凸透镜 .样移动样移动? 透射光条纹情况如何？透射光条纹情况如何？

9、B03.光的干涉27 白光入射的牛顿环照片白光入射的牛顿环照片 B03.光的干涉28 三三. . 等厚条纹的应用等厚条纹的应用 1. 1. 劈尖的应用：劈尖的应用： n L 2 测波长：测波长：已知已知、n n，测，测 L L 可得可得 测折射率：测折射率：已知已知、 ，测，测 L L可得可得 n n 测细小直径、测细小直径、 h 待测块规待测块规 标准块规标准块规 平晶平晶 测表面不平度测表面不平度 等厚条纹等厚条纹 待测工件待测工件 平晶平晶 待测样品待测样品 石英环石英环 平平 晶晶 干涉膨胀仪干涉膨胀仪 依据公式依据公式 厚度、厚度、微小变化：微小变化： B03.光的干涉29 2. 2

10、. 牛顿环的应用：牛顿环的应用： mRrr kmk 22 测透镜球面的半径测透镜球面的半径R R 测波长测波长 检验透镜球表面质量检验透镜球表面质量 标准验规标准验规 待测透镜待测透镜 暗纹暗纹 已知已知 , , 测测 m m、r rk+m k+m、 、r rk k ， ，可可得得R R 。 已知已知R R，测出测出m m 、 r rk+m k+m、 、r rk k， 可可得得 。 依据公式依据公式 若条纹如图，若条纹如图，说明待测透镜说明待测透镜 球表面不规则，且半径有误差。球表面不规则，且半径有误差。 一圈条纹对应一圈条纹对应 的的球面半径球面半径误差。误差。 2 B03.光的干涉30 暗

11、纹暗纹 标准验规标准验规 待测透镜待测透镜 暗纹暗纹 标准验规标准验规 待测透镜待测透镜 如何区分如下两种情况如何区分如下两种情况?思考思考 B03.光的干涉31 一一. . 点光源照明时的干涉条纹分析点光源照明时的干涉条纹分析 L P0 r环 环 e n n n n 面光源面光源 P r环 环 i i B03.光的干涉34 观察等倾条纹的实验装置和光路观察等倾条纹的实验装置和光路 i n M L S f 屏幕屏幕 B03.光的干涉35 等倾条纹照相等倾条纹照相 （自学书（自学书P150P151P150P151例例3.73.7） 三三. . 应用：应用： 增透（射）膜和增反射膜增透（射）膜和增

12、反射膜 B03.光的干涉36 3.8 3.8 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 （Michelson interferometer） 一一. . 仪器结构、光路仪器结构、光路 二二 . . 工作原理工作原理 光束光束22和和11发生干涉发生干涉 若若M M 1 1、M M2 2平行平行 等倾条纹等倾条纹 若若M M 1 1、M M2 2有小夹角有小夹角 等厚条纹等厚条纹 十字叉丝十字叉丝 等厚条纹等厚条纹 2 Nd M 1 2 2 1 1 半透半反膜半透半反膜补偿板补偿板 反反 射射 镜镜 反射镜反射镜 光源光源 观测装置观测装置 薄膜薄膜 则有则有： 补偿板可补偿两臂的附加光程差。补偿板可补偿两

13、臂的附加光程差。 若若M M1 1平移平移 d d 时，时，干涉条移过干涉条移过N N条，条， S M2 M1 G1 G2 E B03.光的干涉37 演示演示 B03.光的干涉38迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪 B03.光的干涉39 迈克耳孙在工作迈克耳孙在工作 迈克耳孙迈克耳孙 （A.A.Michelson） 美籍德国人美籍德国人 因创造精密光因创造精密光 学仪器，用以学仪器，用以 进行光谱学和进行光谱学和 度量学的研究，度量学的研究， 并精确测出光并精确测出光 速，速，获获1907年年 诺贝尔物理奖。诺贝尔物理奖。 B03.光的干涉40 三三. . 应用应用 测折射率：测折射率： 测量微小位移测量微小位移 l n 光路光路