光的干涉教学课件

1、光的干涉光的干涉光的干涉interference of light第1页，共48页。光波光 波光矢量光振幅光波是电磁波同一媒质中的相对光强第2页，共48页。可见光760400630600570500450430真空中波长(nm)频率( 10 Hz)7.503.955.004.765.266.006.676.98可见光波段第3页，共48页。常用单色光源632.8656.3486.1589.3546.1氦-氖激光器钠 灯汞 灯氢 灯常用单色光源及波长(nm)第4页，共48页。光干涉的必要条件相 干 光频率相同振动方向相同相位差恒定原子自发辐射的间断性和相位随机性,不利于干涉条件的实现.光干涉的必要

2、条件第5页，共48页。相干光来自 的光为相干光(满足光干涉条件)来自 的光为非相干光(不满足光干涉条件)无干涉现象有干涉现象相干光与非相干光第6页，共48页。光程媒质真空光程光程差与相位差相当于在真空中走多少路程？光程第7页，共48页。光程差与相位差光程光程差相位差单色点光源第8页，共48页。透镜无附加光程差即各路等光程平面波球面波会聚即各路等光程球面波发散会聚球面波理想透镜不产生附加光程差第9页，共48页。续9未插入媒质 时，三路光线的光程相等插入 后，经 的一路光与其它两路光之间的光程差均为相位差为第10页，共48页。分波面与分振幅分振幅法薄膜单色点光源分波面法获得相干光的两类典型方法第1

3、1页，共48页。杨氏双缝干涉分波面干涉两列相干柱面波的干涉一、杨氏双缝干涉实验第12页，共48页。条纹间距关系式条纹间距干涉条纹间距 与的关系第13页，共48页。洛埃镜实验二、洛埃镜分波面干涉半波失损 紧靠镜端处总是产生暗纹，说明在镜端处反射光与入射光的相位差为 ，相当于光程差 ，称为 半波损失。第14页，共48页。双面镜实验三、菲涅耳双面镜分波面干涉第15页，共48页。双棱镜实验四、菲涅耳双棱镜分波面干涉第16页，共48页。分波面法小结分波面干涉小结洛埃镜分波面干涉半波失损条纹间隔杨氏双缝分波面干涉菲涅耳双棱镜分波面干涉菲涅耳双面镜分波面干涉第17页，共48页。分振幅干涉膜层一、平行平面膜分

4、振幅等倾干涉sin传播光程差sinsincostgsin分振幅干涉反射光干涉第18页，共48页。平行平面膜反射光疏到光密反射光相位有 变特别对正入射或掠入射情况空气油膜玻璃例一:玻璃例二:空气玻璃界面反射条件附加相位差附加光程差相同附加相位差附加光程差界面反射条件不同反射光干涉界面反射条件与附加光程差反射条件第19页，共48页。总光程差公式明纹暗纹反射条件相同不同反射条件sin平行平面膜反射光干涉的总光程差第20页，共48页。平行平面膜透射透射光干涉平行平面膜透射光干涉的总光程差sin反射条件相同不同反射条件注意判断 :平行平面膜透射光干涉的总光程差sin反射条件相同不同反射条件注意判断 :s

5、in传播光程差回忆反射光干涉透射光干涉其中sinsinsinsinsinsin与反射光干涉的 相同第21页，共48页。透射附加光程差空气油膜玻璃例一:玻璃例二:空气玻璃界面反射条件附加相位差附加光程差相同附加相位差附加光程差界面反射条件不同透射光干涉界面反射条件与附加光程差第22页，共48页。等倾干涉条纹sin等倾干涉条纹入射倾角相等的光线经平行膜反射（或透射），其相干光的光程差相等，形成同一级干涉条纹。点光源的等倾干涉条纹扩展光源的各套等倾干涉条纹重合（非相干叠加）第23页，共48页。平行膜例一空气油膜玻璃1.哪些波长的可见光在反射中产生相长干涉?2.哪些波长的可见光在透射中产生相长干涉?3

6、.欲使反射光中 =550nm的光产生相消干涉,油膜至少该多厚?白光反射相干光透射相干光算例第24页，共48页。续24反射相长干涉透射相长干涉反射相消干涉minnmnm空气油膜玻璃1.哪些波长的可见光在反射中产生相长干涉?2.哪些波长的可见光在透射中产生相长干涉?欲使反射光中 550nm的光产生相消干涉,油膜至少该多厚?白光反射相干光透射相干光3.第25页，共48页。防反（增透）膜 防热红外线反射(增热红外线透射) 防可见光反射(增可见光透射)防反射(增透射)介质膜应用举例第26页，共48页。增反膜反射率无 膜5%玻璃单层增反膜25%玻璃三层增反膜70%玻璃15层增反膜99%玻璃增反射介质膜第2

7、7页，共48页。多层增反膜例题几何厚度 与折射率 之积 令三层分别都满足求各层最小 值 称为光学厚度,即各膜层的最小光学厚度为多层增反射介质膜简例空气玻璃疏密交替第28页，共48页。非平行膜等厚干涉二、非平行膜的等厚干涉竖放肥皂膜空气劈尖牛 顿 环第29页，共48页。劈尖干涉传播光程差附加光程差同理判断劈尖干涉的总光程差sin反射条件相同不同反射条件劈尖干涉的光程差干涉条纹在膜面.劈尖角 很小.很远, 很小.第30页，共48页。垂直入射总光程差随 变.干涉条纹是薄膜等厚点的轨迹.明纹暗纹总光程差反射条件相同不同反射条件非平行膜等厚干涉常用的垂直入射式第31页，共48页。劈尖等厚条纹劈尖干涉的等

8、厚干涉条纹两相邻条纹间劈尖的厚度差相邻条纹间距sin很小,sintg第32页，共48页。劈尖厚度变化不变,改变厚度,条纹整体随交棱平移sin很小,tansin第33页，共48页。劈尖夹角变化条纹间隔随 而变sin很小,tansin第34页，共48页。劈尖例一玻璃玻璃玻璃玻璃玻璃已知3.0mm充油（ ）后测得2.1mmsin解法提要sin1.055(rad)1.43第35页，共48页。劈尖例二暗纹已知A处膜厚暗纹920 (nm)第36页，共48页。牛顿环牛 顿 环 .空气膜暗纹第37页，共48页。牛顿环例题已知在牛顿环实验中589 nm4.00 mm6.00 mm暗环联立解得解法提要6.79 m

9、第38页，共48页。迈克耳孙干涉仪分束玻片补偿玻片反射镜反射镜观察屏入射光线迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪第39页，共48页。等倾和等厚光路等倾干涉光路相当于平行平面空气膜干涉等厚干涉光路相当于空气劈尖干涉第40页，共48页。吐级与 之间的平行空气膜产生的等倾干涉条纹若 平移 d 使空气膜加厚时吐出了 N 级条纹. 则加厚时吐出第41页，共48页。吞级若 平移 d 使空气膜减薄时吞进了 N 级条纹. 则减薄时吞进第42页，共48页。移级与 构成的空气劈尖产生的等厚干涉条纹平移d,条纹右移(或左移)N级.第43页，共48页。多个相干点源干涉多个相干点光源的干涉sin相邻两光线的光程差相应的相位差s

10、inN 个初相相同的相干点光源第44页，共48页。主极大与次极大sin相邻两光线在 P 点的相位差设各光线在 P 点的振幅大小均为用旋转矢量法求 N 个振动的合成振幅大小先粗略了解随 的变化概貌同向叠加（主极大）自行封闭同向叠加（主极大）（主极大）同向叠加自行封闭自行封闭同向叠加（主极大）（次极大）位于相邻两零值间第45页，共48页。合成振幅公式各旋转矢量的垂直平分线的公共交点sin与 的普遍关系sinsinsinsinsin相邻两光线的相位差当同向叠加。用罗彼塔法则得当旋矢自行封闭主极大 在两个相邻的主极大之间，存在 个 ，从而存在 个次极大（处于每两相邻零值位置的中间）。据此可应用 公式算出次极大的幅值，可以发现，当 N 增大时，次极大相对于主极大迅速变小。 设相干点光源的强度相同，而且 已给定，随 N 的增大，屏幕上主极大处的条纹越清晰明