医用物理学：9-1 光的干涉

1、第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 19-1光的干涉光的干涉 光的相干性光的相干性 光程和光程差光程和光程差( (重点）重点） 杨氏双缝干涉（重点）杨氏双缝干涉（重点）第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 2光波光波1.可见光可见光: :能引起人们视觉的电磁波，波长范围能引起人们视觉的电磁波，波长范围390nm390nm770nm770nm，不需要媒质也可以传播。，不需要媒质也可以传播。第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 3 5.5.光具有波粒二象性光具有波粒二象性 光在传播的过程中表现出

2、波动性光在传播的过程中表现出波动性. .（干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振）光在传输中主要表现为波动性；光在传输中主要表现为波动性；光和物质相互作用时光和物质相互作用时主要表现为粒子性主要表现为粒子性. . 4.4.光波是横波光波是横波001 c 真空中的光速真空中的光速 2 2光的颜色：光的颜色：单色光单色光只含单一波长的光，如激光只含单一波长的光，如激光复色光复色光不同波长单色光的混合，如白光不同波长单色光的混合，如白光 3 3光的速度与折射率：光的速度与折射率： v=c/n第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 4一、相干光一、相干光1 普通光源的普通光源

3、的发光机制发光机制hE 原子能级及发光跃迁原子能级及发光跃迁基态基态激发态激发态nE相干条件：相干条件：频率相同、振动方向相同、频率相同、振动方向相同、 相位差恒定。相位差恒定。 机械波源振子可以连续振动，发出连续余机械波源振子可以连续振动，发出连续余弦波，波的干涉条件容易满足，易观测干涉。弦波，波的干涉条件容易满足，易观测干涉。第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 5P21 普通光源发光普通光源发光特点特点： 原子发光是断续原子发光是断续的，随机的，各个方向都有，每次发光形的，随机的，各个方向都有，每次发光形成的波列成的波列的的初相、振动与传播方向、频率初相

4、、振动与传播方向、频率互相独立互相独立,因此因此互不相干互不相干.普通光源普通光源不是不是相干光源相干光源第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 62 相干光的产生相干光的产生振幅分割法振幅分割法波阵面分割法波阵面分割法*光源光源1s2s 用某种方法把同一光源同一点发出的光波分成用某种方法把同一光源同一点发出的光波分成两束光波，使它们经过不同路程后再相遇。两束光波，使它们经过不同路程后再相遇。第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 7第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 初相位相同的两列相干光波，

5、在真空中传播时的初相位相同的两列相干光波，在真空中传播时的几何路几何路程差程差( (波程差）为波程差）为 r =r2 - r1，则它们的则它们的相位差相位差为为：二二 光程光程(optical path)和光程差和光程差r2如果光在不同介质中传播时，如果光在不同介质中传播时，相位差相位差又应如何计算？又应如何计算？*1sP1r*2s2r2n1n)2cos(1111rtAs)2cos(2222rtAs点点P P的两个分振动（初相相同）的两个分振动（初相相同）第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 9ncu1u0c真空中的波长真空中的波长n0介质中的波长介质中的波长

6、在介质中光的速度与在介质中光的速度与真空中的光速及折射真空中的光速及折射率：率：)(21122rr 相位差相位差 )(2101202nrnr)(211220rnrn第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 10介质折射率与光的几何路程之积定义为介质折射率与光的几何路程之积定义为光程光程nrS *1sP1r*2s2r2n1n)(211220rnrn物理意义：物理意义：把光在不同介质中传播的路程折算把光在不同介质中传播的路程折算到该光在真空中传播的路程，从而解决了光在不到该光在真空中传播的路程，从而解决了光在不同介质中传播时相位差的计算问题。同介质中传播时相位差的计算

7、问题。光程差光程差 ( (两光程之差两光程之差) )2211rnrn02 相位差相位差 第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 11透镜不引起附加光程差透镜不引起附加光程差各光线经薄透镜后光程的变化相等各光线经薄透镜后光程的变化相等FABCDEabcde焦平面焦平面F焦平面焦平面ABCDEabcde第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 12明条纹位置明条纹位置明条纹位置明条纹位置明条纹位置明条纹位置1s2sS实验现象实验现象单色平行光单色平行光暗条纹位置暗条纹位置暗条纹位置暗条纹位置三、三、 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验 （

8、波阵面分割法）（波阵面分割法） 干涉条纹特点：双缝干涉条纹是与双缝平行的一干涉条纹特点：双缝干涉条纹是与双缝平行的一组组明暗相间明暗相间彼此彼此等间距等间距的直条纹，的直条纹，上下对称上下对称。第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 13ooB实实 验验 装装 置置1s2sspdd dxdrsin12drr光程差光程差x1r2r dd/tansindx第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 14波程差波程差12xx 若两波的初相位相等若两波的初相位相等 则则21122xx 21AAA振动始终减弱振动始终减弱212)21(12kkx

9、x2121AAAAA其他12xx21AAA振动始终加强振动始终加强2 , 1 , 02212kkkxx第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 15实实 验验 装装 置置ooB1s2ssrx1r2r ddp加强加强, 2 , 1 , 0k22kk dxd2) 12()21(kk 减弱减弱第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 162) 12(kdd暗纹暗纹22ddkx 明纹明纹,2, 1 ,0kpooB1s2ssrx1r2r dd第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 17 若光源点的位置改变了，中央

10、明纹及其若光源点的位置改变了，中央明纹及其他明纹的位置怎么变化？他明纹的位置怎么变化？oB1s2ss第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 18讨论讨论条纹间距条纹间距 ) 1(kddx22k dxd加强加强2) 12(k 减弱减弱,2, 1 ,0k 两相邻明纹或暗条纹中心间的距离，即条纹间距两相邻明纹或暗条纹中心间的距离，即条纹间距22ddkx 明纹明纹2) 12(kdd 暗纹暗纹第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 19( (1) ) 一定时，若一定时，若 变化变化, , 则则 将怎样变化？将怎样变化？ dd、x第九章第九章

11、 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 20结论结论间距间距x x与波长成正比，波长与波长成正比，波长短短的紫光间距的紫光间距小小，波长，波长长长的红光间距的红光间距大。大。 中央是白色，其他各级从紫到红依次在两侧向中央是白色，其他各级从紫到红依次在两侧向外错开排列。外错开排列。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第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 21( (2) ) 一定时一定时, ,条纹间距条纹间距 与与 的关系如何？的关系如何？xd d、第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 22 波

12、长一定时，如果要想获得较大的间距波长一定时，如果要想获得较大的间距x，应该怎么办？，应该怎么办？应使应使d足够小或足够小或d比较大比较大第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 23例例1 以单色光照射到相距为以单色光照射到相距为0.2 mm的双缝的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为上，双缝与屏幕的垂直距离为1 m.( (1) )从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为距离为7.5 mm，求单色光的波长；，求单色光的波长； ( (2) )若入射光的波长为若入射光的波长为600 nm, ,中央明纹中中央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离

13、是多少？心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 24解解( (1) )( (2) ) , 2, 1,0,kkddxk141414kkddxxxnm 5001414kkxddmm 5121.ddx已知已知求求( (1) ) ? ( (2) ) nm .x5714nm 600? xmm 20.d m 1d第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 例例2 2 在杨氏双缝实验中，已知双缝间距为在杨氏双缝实验中，已知双缝间距为0.6mm, 缝缝与屏相距与屏相距1.5m. 若测得相邻明条纹间的距离若测得相邻明

14、条纹间的距离为为1.5mm。 求（求（1 1）入射波的波长；）入射波的波长； （2）若以折射率若以折射率 n=1.30,厚度厚度 l=0.01mm的的透明薄透明薄膜遮住狭缝膜遮住狭缝S1（上面的缝上面的缝），），则原来的中央明纹处则原来的中央明纹处将变为第几条明纹处以及与屏中心的距离？将变为第几条明纹处以及与屏中心的距离？第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 26解解( (1) )( (2) ) ddxnm 600dxd未遮薄膜时，中央明纹处的光程差为未遮薄膜时，中央明纹处的光程差为0r-=12r遮上薄膜后，光程差为遮上薄膜后，光程差为llll1)-(n1)-(n-)r-(-(r-r=1212rn)设此处为第设此处为第k 级明纹，则级明纹，则kn) 1(5) 1(lnk原来的中央明纹将变为第原来的中央明纹将变为第5级明纹级明纹第九章第九章 波动光学波动光学 光的干涉光的干涉 医用物医用物理学理学 llll1)-(n1)-(n-)r-(-(r-r=1212rn)sin12drr光程差光程差dxd中央明纹满足中央明纹满足0所以所以0) 1(lndxd狭缝狭缝S S1 1被遮盖后，中央明纹的中心位置与屏中被遮盖后，中央明纹的中心位置与屏中心距离心距离x x为为)(103) 1(3mdlndx第九章第九章 波动光学波动光学 光的