大学物理：第14章 光的干涉

1、第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系练习十二练习十二第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系一一 光的干涉光的干涉 1 理解理解相干光的条件及获得相干光的方法相干光的条件及获得相干光的方法. 2 掌握掌握光程的概念以及光程差和相位差的关光程的概念以及光程差和相位差的关系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变. 3 能能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜

2、等厚干涉分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置条纹的位置. 4 了解了解迈克耳逊干涉仪的工作原理迈克耳逊干涉仪的工作原理.第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系第第14章章 光的干涉光的干涉人们对光的认识经历了一个否定之否定过程人们对光的认识经历了一个否定之否定过程1 1）光的机械微粒学说（）光的机械微粒学说（1717世纪世纪-18-18世纪末）世纪末）代表：牛顿代表：牛顿对立面：惠更斯对立面：惠更斯-波动说波动说空气水 空气水 18501850年佛科测定年佛科测定空气水 微粒说开始瓦解微粒说开始瓦解2 2）光的机械波动说（）光

3、的机械波动说（1919世纪初世纪初-后半世纪）后半世纪） 光的干涉、衍射、偏振等实验证明了光的波动性光的干涉、衍射、偏振等实验证明了光的波动性及光的横波性。及光的横波性。 1919世纪后半期麦克斯韦建立电磁理论，提出了世纪后半期麦克斯韦建立电磁理论，提出了光的电磁性，光的电磁性，18881888年赫兹用实验证实。年赫兹用实验证实。第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系3 3）光的量子说（）光的量子说（2020世纪初世纪初-） 电磁波动说在解释电磁波动说在解释“热辐射实验热辐射实验”及及“光电效应光电效应”等等实验遇到困难。实验遇到困难

4、。 19001900年普朗克提出了年普朗克提出了“热辐射量子理论热辐射量子理论”，爱因斯，爱因斯坦提出了光子理论，将光看成一束粒子流。与电磁波动坦提出了光子理论，将光看成一束粒子流。与电磁波动说相抗衡。说相抗衡。 光是一个复杂性的客体，它的本性只能通过它所表光是一个复杂性的客体，它的本性只能通过它所表现的性质来确定，它的某些方面象波而另一方面象微粒现的性质来确定，它的某些方面象波而另一方面象微粒（波粒二象性波粒二象性）。但它既不是波，也不是微粒，也不是）。但它既不是波，也不是微粒，也不是二者的混合体。二者的混合体。 19241924年法国人德布罗意（年法国人德布罗意（De.BroglieDe.

5、Broglie) )大胆地提大胆地提出了出了“物质波物质波”的概念，尔后薛定谔、海森伯等人创的概念，尔后薛定谔、海森伯等人创建了量子力学，又将二者统一起来。建了量子力学，又将二者统一起来。第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系但从但从2020世纪世纪5050年代起光学的发展仍是年代起光学的发展仍是“方兴未方兴未艾艾，前途无限前途无限”傅立叶光学更新经典光学。傅立叶光学更新经典光学。出现了出现了“相干光学相干光学”、“纤维光学纤维光学”、“全息光学与全息光学与全息技术全息技术”. .它是既年轻又古老的科学。也是现它是既年轻又古老的科学。

6、也是现代技术的基础。代技术的基础。第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系 光学是研究光学是研究光的传播光的传播以及以及它和物质相互作用它和物质相互作用光学通常分为以下三个部分：光学通常分为以下三个部分： 几何光学：几何光学： 以光的直线传播规律为基础，以光的直线传播规律为基础， 波动光学：波动光学： 研究光的电磁性质和传播规律，研究光的电磁性质和传播规律， 量子光学：量子光学： 以光的量子理论为基础，以光的量子理论为基础，研究各种成象光学仪器的理论。研究各种成象光学仪器的理论。是干涉、衍射、偏振的理论和应用。是干涉、衍射、偏振的理论和

7、应用。物质相互作用的规律。物质相互作用的规律。主要主要研究光与研究光与特别特别问题的学科。问题的学科。第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系一一 光是一种电磁波（可见的电磁波）光是一种电磁波（可见的电磁波）)(cos0urtEE)(cos0urtHH平面电磁波方程平面电磁波方程 光矢量光矢量 用用 矢量表示光矢量矢量表示光矢量, 它在引起人眼视它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用觉和底片感光上起主要作用 。E14-1 14-1 光光 源源 光是横波，是高频电磁波，它具有相互垂直的电场强光是横波，是高频电磁波，它具有相互垂直的电场强度

8、矢量和磁场强度矢量。度矢量和磁场强度矢量。 自然光是光的平均强度作用。自然光是光的平均强度作用。第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系 视觉的暂留效应：视觉的暂留效应：眼睛有视觉暂留作用，感觉不到光强的快速变化（电眼睛有视觉暂留作用，感觉不到光强的快速变化（电影影2424帧帧/ /秒）秒）我们在研究光波时只研究电场强度而不提及磁场强度。我们在研究光波时只研究电场强度而不提及磁场强度。 电场电场强度强度E称为称为光振动光振动(或光矢量或光矢量)。)2cos(0rtEEo光振动的物理意义光振动的物理意义：空间某一点的光振动是指该点的电空间

9、某一点的光振动是指该点的电场强度的大小和方向随时间变化，不是指介质中的质点场强度的大小和方向随时间变化，不是指介质中的质点在振动。在振动。第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系001c 真空中的光速真空中的光速可见光的范围可见光的范围Hz103 . 4105 . 7:nm760400:1414人眼及物理仪器检测光的强度是由光的能流密度决人眼及物理仪器检测光的强度是由光的能流密度决定的。定的。2AI能流密度定义：光强度定义：光强度202EAI第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系

10、系二二 光源的发光机制光源的发光机制光源光源-发光的物体发光的物体普通光源：自发辐射，普通光源：自发辐射，普普通通光源的发光是物质中各个光源的发光是物质中各个原子或分子发光的总效果原子或分子发光的总效果。能级跃迁辐射：能级跃迁辐射：高能级高能级E2低能级低能级E1光子光子(1) 热辐射热辐射 (2) 电致发光电致发光 (3) 光致发光光致发光 自自发发辐辐射射(4) 同步辐射光源同步辐射光源 (5) 激光光源激光光源 受受激激辐辐射射光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系

11、P21s1010:108t发光发光特点特点：1 1、原子各次发光断续、原子各次发光断续2 2、有限长度的波列、有限长度的波列3 3、各原子各次发光相互独立、各原子各次发光相互独立. .1 1、普通光源的发光机制、普通光源的发光机制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跃迁跃迁自发辐射自发辐射第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系普通光源发光的特点普通光源发光的特点: :在同一时间有大批原子发光；（不是全部）在同一时间有大批原子发光；（不是全部）就单个原子而言，每个原子都是断断续续发光，每就单个原子而言，每个

12、原子都是断断续续发光，每次发光时间极短（次发光时间极短（1010-8-8s s）且一次只能发出一个有且一次只能发出一个有限长具有偏振性的的波列。限长具有偏振性的的波列。同一原子先后发出的光及同一瞬间不同原子同一原子先后发出的光及同一瞬间不同原子发出的光发出的光的频率、振动方向、初相位、发光的时间均是随机的。的频率、振动方向、初相位、发光的时间均是随机的。结论：一般而言热光源及普通光源发出的光为非相干结论：一般而言热光源及普通光源发出的光为非相干光。且同一光源上不同点发出的光也是非相干光。光。且同一光源上不同点发出的光也是非相干光。普通光源：普通光源：2 发光的随机性发光的随机性1 发光的间隙性

13、发光的间隙性3 发光的独立性（频率，振动方向，相位）发光的独立性（频率，振动方向，相位）第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系 2 2、激光光源的发光机制、激光光源的发光机制 = (E2-E1)/hE1E2 完全一样完全一样( (频率频率, ,位相位相, ,振动方向振动方向, ,传播方向传播方向) )相干光源相干光源受激辐射受激辐射激光光源为相干光源。激光光源为相干光源。由受激幅射产生的光。由受激幅射产生的光。单色性好。单色性好。第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系II0/

14、2I0123 3、单色光：、单色光：具有单一频率的光波称为单色光。具有单一频率的光波称为单色光。严格的单色光是不存在的，任何光源所发出的光波都严格的单色光是不存在的，任何光源所发出的光波都有一定的频率（或波长）范围，在此范围内，各种频有一定的频率（或波长）范围，在此范围内，各种频率（或波长）所对应的光强度是不同的。率（或波长）所对应的光强度是不同的。I纵坐标纵坐标横坐标横坐标光谱曲线（谱线）光谱曲线（谱线）12 谱线宽度谱线宽度：它是标志谱线单色性好坏的物理量。它是标志谱线单色性好坏的物理量。波叠加波叠加自然宽度自然宽度多普勒效应展度多普勒效应展度第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京

15、理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系含有多种频率的光称为复色光。含有多种频率的光称为复色光。普通单色光源，如钠光灯、汞灯普通单色光源，如钠光灯、汞灯nm10103 .激光光源激光光源 nm109 汞灯汞灯氪灯氪灯He-Ne激光器激光器0 A5047A6051A6328 A5 . 0A065. 0A108L波列长度cm27cm720km1第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系三三 相干相干光及其获得方法光及其获得方法1 1、相干必要条件、相干必要条件: :1 1) )频率相同；频率相同；2 2) )相位差恒定；相位差恒定

16、；3 3) )光矢量振动方向平行光矢量振动方向平行2 2、普通光源获得相干光的途径：、普通光源获得相干光的途径：同一同一原子的原子的同一次同一次发光发光 PS * *分波面法分波面法：分振幅法分振幅法： P薄膜薄膜S *在在 P点处点处 相干叠加相干叠加严格讲：无理想相干光源严格讲：无理想相干光源第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系（1 1）分波面法）分波面法：（：（a）杨氏双缝）杨氏双缝 （b）菲涅尔双面镜菲涅尔双面镜 （c）菲涅尔双棱镜菲涅尔双棱镜 （d）洛埃镜）洛埃镜具体应用：具体应用：（2 2）分振幅法：）分振幅法：（a）薄

17、膜薄膜 等倾等倾 （分强度法）（分强度法） ：（b）劈尖劈尖 （c）牛顿环牛顿环等厚等厚第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系3 3、时间相干性：、时间相干性：相干长度：相干长度：m 相干时最大波列长度：相干时最大波列长度： 2tcLmm傅里叶变换傅里叶变换非严格：非严格： ccct22111第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系4 4、空间相干性：、空间相干性：光源宽度光源宽度

18、太宽太宽条纹消失条纹消失太窄太窄干涉条纹模糊，能级太少干涉条纹模糊，能级太少缝宽缝宽a太大，过去波列太多，而无法相干太大，过去波列太多，而无法相干5 5、明显干涉条纹的补充：、明显干涉条纹的补充：（2 2）光程差不能相差太大）光程差不能相差太大波列短，无法相遇。波列短，无法相遇。（1 1） 与与 不能太悬殊不能太悬殊相差太大，条纹不明显；相差太大，条纹不明显；1I2I第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系四四 相干叠加和非相干叠加相干叠加和非相干叠加P12r1r21101cos()EEt2202cos()EEtP：120cos()EE

19、EEt2220102010202cosEEEE E212220110220 , IEIEIE， 1 2 E0E10E201212/EE，第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系 相干光源：相干光源： coscos 相长干涉相长干涉（明）：（明）：2 k ，max121 22IIIII Ik = 0,1,2 相消干涉相消干涉（暗）：（暗）：(21) k ，min121 22IIIII I k = 0,1,2 非相干光源：非相干光源： cos0 I = I 1+I 2 非相干叠加非相干叠加 121 2 2cosIIII I干涉项干涉项第十四

20、章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系2112 (1 cos)4 cos ()2III光强分布光强分布I0 2 -2 4 -4 4I0若若12II121 22cosIIII I合光强合光强第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系补充：在观察时间补充：在观察时间内，两光波的位相差内，两光波的位相差 不恒定，是瞬息万变的，不恒定，是瞬息万变的， 即即 多次重复地取多次重复地取 范围内的各个值，而且各个值的机会范围内的各个值，而且各个值的机会 均等，且有正有负，所以均等，且有正有负，所以1

21、2 12 200cos012 dt第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系)2cos()2cos(2211 xtAxtA21EEE2cos2cos2coscos 11012cos xtEE22022cos xtEE121221212cos222cos2 xxxxtA第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系一一 光程光程光在真空中的速度光在真空中的速度001c光在介质中的速度光在介质中的速度1uncu1uc14-2 光程和光程差光程和光程差真空中的波长真空中的波长介质的折射率介质的

22、折射率n介质中的波长介质中的波长真空中：真空中： rab2abr 介质中：介质中：abnr 介质介质2abr 介质中波介质中波长长 真空中波真空中波长长1、光程、光程第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系 相位变化相位变化 nxx22n 介质中的波长介质中的波长光程光程: 媒质折射率与光的几何路程之积媒质折射率与光的几何路程之积 =nxn、x2 nr ncu/ n nc / 这表明，光在介质中传播路程这表明，光在介质中传播路程 r 和在真空中传播路程和在真空中传播路程 nr 引起的相位差相同。我们称引起的相位差相同。我们称 nr为介质

23、中与路程为介质中与路程 r相应相应的的光程。光程。 真空中波长真空中波长2 相位差相位差第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系 物理意义物理意义：光程就是光在媒质中通：光程就是光在媒质中通过的几何路程过的几何路程 , 按波数相等折合到真空按波数相等折合到真空中的路程中的路程. nrr引入光程的目的：换算到真空处理问题，简单引入光程的目的：换算到真空处理问题，简单光学设计光学设计多种不同折射介质组合多种不同折射介质组合nTncuTxtAy 02cos思考：光程的实质是什么？思考：光程的实质是什么？光程是一个折合量，在相位改变相同的条件下

24、，把光在光程是一个折合量，在相位改变相同的条件下，把光在介质中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程介质中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系2、光程差光程差 (两光程之差两光程之差)1122rnrn光程差光程差)(2cos11101 rTtEE)(2cos22202 rTtEE 1n2n1r2r2S1Sdr 1 dr 22S1S n、xxndnxxdrr)1()(12 第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系 例例 计算图中光通过路

25、程计算图中光通过路程 r1 和和 r2 在在P点的相差。点的相差。 122rnddr dnrr1212 nS1S2r1r2dP第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系二二 相长干涉和相消干涉的条件相长干涉和相消干涉的条件机械波相干加强与减弱条件：机械波相干加强与减弱条件：从同一波面出来，初位相从同一波面出来，初位相相同，初位相差等于相同，初位相差等于010202 1020 2干涉干涉加强加强相长干涉相长干涉,2, 1 ,0,kk,2, 1 ,02,kk干涉干涉减弱减弱相消干涉相消干涉, 2 , 1 , 0,2) 12(kk,2, 1 ,

26、0, )12(kk第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系FABo三三 透镜不引起附加的光程差透镜不引起附加的光程差FAB焦平面焦平面第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系例例1 波长为波长为600nm的单色光在介质折射率为的单色光在介质折射率为1.50的的玻璃中由玻璃中由a点传播到点传播到b点位相改变点位相改变，则其光，则其光程改变为多少？程改变为多少？ab的几何路程为多少？的几何路程为多少？ 2 222 22 xn351222 .nnxabnr 介质介质第十四章第十四章 光

27、的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系例例2 在真空中有两列相干光波到在真空中有两列相干光波到P点相遇，点相遇，400nm时，时，当当 点特征？点特征？PnmPnm,1800160021 减弱，暗纹，（相消干涉）加强，明纹，（相长干涉）,210212 kkk 光强加强，相长干涉，级明纹第点：44,nm16001, kPk 光强减弱，相消干涉，级暗纹第点：）（44,212nm18002, kPk 第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系相相 干干 光光 的的 获获 得得1 1、分波阵面法、分波阵面法

28、2 2、分振幅法、分振幅法1 1、频率相等、频率相等2 2、位相差恒定、位相差恒定3 3、振动方向相同、振动方向相同14143 3 分波面法产生的光的干涉分波面法产生的光的干涉一杨氏双缝干涉一杨氏双缝干涉相干条件：相干条件：获得方法：获得方法：第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系 英国科学英国科学家杨氏在家杨氏在18011801年首先用实验年首先用实验的方法研究了的方法研究了光的干涉现象光的干涉现象，为光的波动，为光的波动理论确定了实理

29、论确定了实验基础。验基础。14-3 分波阵面法产生的光的干涉分波阵面法产生的光的干涉第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系p1s2ssxooB实实 验验 装装 置置a21r2raD2 Dxa2 一一 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验D sinarr212 波程差波程差14-3 分波阵面法产生的光的干涉分波阵面法产生的光的干涉Dx tansinmD:cmx :mma :2m :装置位于空气中装置位于空气中第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系1、明暗位置：（1）几何关系：Dx很

30、小， tgsin （2）光程差：Dxaarr2sin212 ,210 kk 明纹极大明纹极大,)(21212 kk 暗纹极小暗纹极小 Dxa2 P P点的明暗由光程差点的明暗由光程差唯一确定！唯一确定！应用相长相消干涉的基本原则有：应用相长相消干涉的基本原则有：干涉级次，确定明暗纹的具体位置！干涉级次，确定明暗纹的具体位置！第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系x ak2D 明纹极大（明纹极大（1）,2,1 ,0k2122D )( ka暗纹极小（暗纹极小（2）,2,1k由于屏上由于屏上 x 比较容易测量和讨论，所以我们一般用比较容易测

31、量和讨论，所以我们一般用 x 来来表达：表达：如果光程差如果光程差既不满足上式（既不满足上式（1 1），也不满足上式），也不满足上式（2 2），则），则 P P 点处的光强介于最亮和最暗之间，呈点处的光强介于最亮和最暗之间，呈现正弦或余弦变化的规律花样。条纹的明亮不是突现正弦或余弦变化的规律花样。条纹的明亮不是突变，而是一个由亮到暗，由暗到亮的一个连续变化变，而是一个由亮到暗，由暗到亮的一个连续变化的过程。的过程。慢慢过渡慢慢过渡第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系p1s2ssxooBa21r2rD 2、图像特点：（1）中央是明条纹

32、，两侧是明暗相间，等宽等间距的相互平行的直条纹。（2）相邻两明（暗）纹的间距同侧相邻两最亮明纹，或相同侧相邻两最亮明纹，或相 邻两最暗暗纹之间的间距邻两最暗暗纹之间的间距aDx2 D-已知2a， ,测出x,可计算波长。第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系3、讨论、讨论1）条纹间距条纹间距 与与 的关系的关系 ;若若 变化变化 ，则，则 将怎样变化？将怎样变化？xDa、2 一定时，一定时， aDx2 第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系2） 条纹间距条纹间距 与与 的关系如

33、何？的关系如何？xa2 一定时，一定时，D、 aDx2 第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系当当k k级次较大时，不同级的彩色条级次较大时，不同级的彩色条纹因相互重叠而得到均匀的强度，纹因相互重叠而得到均匀的强度，干涉条纹消失，但仍为干涉现象。干涉条纹消失，但仍为干涉现象。中央为白色明纹，两侧是内紫外红中央为白色明纹，两侧是内紫外红的彩色条纹，呈对称分布，是一系的彩色条纹，呈对称分布，是一系列连续的光谱带；列连续的光谱带；3 3）白光入射时：）白光入射时：第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用

34、用 物物 理理 系系4 4）单缝移动：）单缝移动： sp1s2so1r2rR1R2a、s上移，条纹下移上移，条纹下移 DxaRR212 缝缝 S 移动后的光程差为：移动后的光程差为：图象整体上移，其余特点不变。图象整体上移，其余特点不变。第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系sp1s2so1r2rR1R2b、s下移，条纹上移下移，条纹上移DxaRR212 缝缝 S 移动后的光程差为：移动后的光程差为：图象整体上移，其余特点不变。图象整体上移，其余特点不变。第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用

35、 物物 理理 系系5 5）在其中一缝加上介质为n的t薄片：薄片加在上缝薄片加在上缝S1 ，条纹上移，条纹上移;图象整体上移，图象整体上移，其余特点不变。其余特点不变。n,tpo1s2s1r2rs第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系tnrrrtnr)1()1(2121 薄片加在下缝薄片加在下缝S2 ，条纹下移；图象整体下移，其余特点，条纹下移；图象整体下移，其余特点不变。不变。加介质薄片后的光程差为：加介质薄片后的光程差为：n,tpo1s2s1r2rs第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物

36、物 理理 系系6 6）装置放入水中：放入水中，放入水中，n变小，变小，naDaDx 22 x变小，变小，条纹变密。条纹变密。p1s2ssoo1r2r水真空第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系二二 双缝干涉光强分布双缝干涉光强分布)cos(2122010220210EEEEE)cos(2122121IIIII合光强合光强干涉项干涉项若若021III 212 其中其中 )(cos 204IIkrI,402) 12(,0kr则则第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系 )(cos

37、204II kI ,042120 )(, k 2345234004II光光 强强 分分 布布 图图0 aD22 aD24 aD22 aD24 x第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系紫光紫光光强分布图光强分布图04II0222 aD224 aD222 aD 224 aD x波长不同条纹间距不同波长不同条纹间距不同04II红光红光光强分布图光强分布图0122 aD124 aD122 aD 124 aD x第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系三三 分波振面干涉实验：分波振面干涉

38、实验：1 1、YangYang氏双缝实验：氏双缝实验：p1s2ssxooBa21r2rD YangYang氏双缝的缺点：氏双缝的缺点：通过狭缝的光强过弱，干涉条纹通过狭缝的光强过弱，干涉条纹不够清晰。不够清晰。第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系2 2、FresnelFresnel双面镜实验双面镜实验：P1M2MLCa22sD1ss第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系3 3、LloydLloyd镜实验镜实验：1s2sa2DPMP2212 Dxarr光程差：光程差： 半波损

39、失半波损失 ：光从：光从光速较大光速较大的介质的介质射向光速较小射向光速较小的介质时的介质时反射光反射光的位相较之入射光的的位相较之入射光的位相跃变位相跃变了了 ， 相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称半波损失差，称半波损失. .第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系四四 半波损失：半波损失：1 1、（、（1 1）光疏媒质光疏媒质：1n （2）光密媒质光密媒质：2n2 2、半波损失半波损失：当光从光疏媒质射到光密媒质界面当光从光疏媒质射到光密媒质界面反射时，反射光的位相反射时，

40、反射光的位相较之入射光的相位较之入射光的相位有有 突突变，变，相当于反射光与入射光之间附加了半个波长相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失的波程差，称为半波损失.3 3、位相差与光程差位相差与光程差：221212 rrrr）（第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系1n2n3n原则：原则：有半波损失当,21nn 无半波损失当,21nn ）（上、下均有半波损失不考虑半波损失）（,3211nnn ）（上、下均无半波损失无半波损失）（,3212nnn 半波损失）（上有半波损失、下无考虑半波损失）（,3213nnn 半波损

41、失）（上无半波损失、下有考虑半波损失）（,3214nnn 第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系例例1 1：杨氏双缝干涉实验中，：杨氏双缝干涉实验中，2a2a0.5mm0.5mm，在，在距离为距离为25cm25cm的屏上观察，若光源由波长为的屏上观察，若光源由波长为4000A4000A和和6000A6000A的两种单色的两种单色光组成。光组成。（1 1）分别求两种光的干涉条纹间距？）分别求两种光的干涉条纹间距？（2 2）与中央明纹相距多远处两种光的亮纹第一次重合？）与中央明纹相距多远处两种光的亮纹第一次重合？解解：（：（1 1）maD

42、x43711102105 .010425.02 maDx43722103105 . 010625. 02 222111112:2:)2kaDxkaDx 221121, kkxx 23461221 kk 的第的第3级级与与 的第的第2级重合。级重合。1 2 第十四章第十四章 光的干涉光的干涉南南 京京 理理 工工 大大 学学 应应 用用 物物 理理 系系例例2 2 杨氏双缝实验，杨氏双缝实验，2a2a0.2mm0.2mm，D D1m1m，求（求（1 1）第一）第一级明纹到同侧第级明纹到同侧第4 4级明纹的距离为级明纹的距离为7.5mm7.5mm，则，则 ？（？（2 2）若若 6000A6000A，则，则相邻两明纹间距；（相邻两明纹间距；（3 3）若在一缝后）