光学 第一章 光干涉

1、光学 第一章 光干涉第1页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一第一章 光的干涉水膜在白光下白光下的肥皂膜丰富多彩的干涉现象第2页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一蝉翅在阳光下蜻蜓翅膀在阳光下白光下的油膜肥皂泡玩过吗?第3页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一等倾条纹牛顿环(等厚条纹)测油膜厚度平晶间空气隙干涉条纹第4页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一独立(不同原子发的光)独立(同一原子先后发的光)1 光的相干性光源最基本发光单元是分子、原子 = (E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列波列长L = c自发辐

2、射一. 相干光的获得1、普通光源的发光机理发光时间 10-8秒第5页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一对普通光源：两个光源一个光源的两个不同部分不能观察到干涉现象2. 普通光源获得相干光的方法把光源上同一点发出的光设法分成两部分分波振面法：杨氏双缝干涉实验分振幅法：薄膜干涉第6页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一 3.激光光源： = (E2-E1)/hE1E2完全一样(频率,位相,振动方向, 传播方向)受激辐射第7页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一1. 实验装置及实验结果:2.理论分析：2 杨氏双缝干涉 D d托马斯 . 杨第

3、8页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一pr1r2x波程差：相位差：明纹条件： 暗纹条件： xDMoS1S2dx0 xIx第9页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一条纹间距(相邻明纹中心间隔)： 条纹特点：(3)相邻明（暗）纹中心间隔：(1) 一系列平行的明暗相间的等间距直条纹； (2) r2-r10时，x=0,k0 中央明纹0级亮纹+1级+2级-1级-2级x观察屏暗纹单色光入射时双缝干涉的条纹 可由此测D d ?第10页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一(4)若白光入射，则中央明纹仍为白色，其它干涉条纹是彩色的，形成各级光谱。光谱

4、不重叠的条件为第11页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一光强分布光强曲线相长干涉（明）相消干涉（暗）IImaxImino2-24-4第12页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一三. 条纹衬比度（对比度，反衬度）Io2-24-44I1衬比度差 (V 1)衬比度好 (V = 1)IImaxImino2-24-4描述条纹的明显程度思考：若双缝的宽度不等条纹有何变化？第13页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一四. 菲涅耳双镜干涉菲涅耳双镜洛艾镜(自学 )第14页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一例: 在双缝干涉实验中

5、，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是： B （A）使屏靠近双缝；（B）使两缝的间距变小；（C）把两个缝的宽度稍微调窄；（D）改用波长较小的单色光源。第15页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一用白光光源进行双缝实验，若用一个纯红色的滤光片遮盖一条缝，用一个纯蓝色的滤光片遮盖另一条缝，则 (A)干涉条纹的宽度将发生改变。(B)产生红光和蓝光的两套彩色干涉条纹。(C)干涉条纹的亮度将发生改变。(D)不产生干涉条纹。 D第16页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一3 光程和光程差一. 光程、光程差真空中光在真空中走r长的路 媒质中(折射率为n） 真空

6、中波长光在媒质中走r长的路 n媒质中波长第17页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一 可见，光在媒质中走r长的路的相位变化等于在真空中走nr路的相位变化。1.定义光程: nr(等效真空程)2.光程差:3.位相差与光程差关系： 注意：l为真空中波长r1r2S1S2n1n2P第18页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一由明纹暗纹4.用光程差d表示的干涉加强、减弱条件明纹暗纹 注意与光程差对应的波长总是真空中波长!！得第19页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一透镜的等光程差性对透镜成象，从物点到象点，沿各条传播路径(光线)的光程相等，即物

7、点到象点各光线之间的光程差为零.使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。 acbFABCabcFFABCabcSS(b)(a)(c)第20页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一例1S1S2r1r2dnp求：P点光程差、位相差？光程差：位相差：第21页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一例2S1S2r1r2p如图若将杨氏双缝装置置于折射率为n的液体中，求：P点光程差.光程差：n屏上干涉条纹有何变化？屏上干涉条纹间距变小第22页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一例 在图示的双缝干涉实验中，若用薄玻璃片( 折射率n1 =1.4 ) 覆盖

8、缝 S1 ，用同样厚度的玻璃片（但折射率n21.7）覆盖缝 S2 ，将使屏上原来未放 玻璃时的中央明条纹所在处 o 变为第五条明纹，设单色光波长 = 480nm ，求玻璃片的厚度d（可认为光线垂直穿过玻璃片）。原来的0级明纹去哪里了？第23页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一解：原来覆盖玻璃后，第24页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一入射光(单色平行光垂直入射)一. 劈尖nn反射光14 薄膜干涉 (一) 等厚条纹enA反射光2光程差明纹：暗纹：同一厚度e对应同一级条纹等厚条纹ekek+1明纹暗纹el第25页，共51页，2022年，5月20日，17点

9、22分，星期一1.劈尖表面附近形成的是一系列与棱边平行的、明暗相间等距的直条纹。暗纹2. 相邻明(暗)纹高度差3. 相邻明(暗)纹之间距离l l与反比在楞边：k = 1234.白光垂直照射时的条纹第26页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一二. 空气劈尖（劈形空气膜）：明纹中心暗纹中心2. 相邻明(暗)纹高度差3. 相邻明(暗)纹之间距离 l 与反比1. 光程差上板往上平移，条纹如何变？上表面下表面nn条纹移向棱边第27页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一劈尖的应用: 测波长：已知、n，测 l 可得 测折射率：已知、，测 l 可得n 测细小直径、厚度、

10、微小变化干涉膨胀仪以波长为尺子 第28页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一 测表面不平度等厚条纹待测工件平晶工件有何种缺陷？凹、凸多少？l凸起h待测块规标准块规平晶精确测量较大长度第29页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一薄膜情况对薄膜干涉的影响薄膜不能太厚薄膜不能太薄薄膜对光的吸收不能太强第30页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一例：两个直径有微小差别的彼此平行滚柱之间的距离为L，夹在两块平晶之间，形成空气劈尖，单色光入射时，产生等厚条纹，如果减小L，则在L范围内干涉条纹的A. 数目减少，间距变大B. 数目不变，间距变小C.

11、数目增加，间距变小D. 数目减少，间距不变L第31页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一二. 牛顿环 .S分束镜M显微镜o 牛顿环装置简图平凸透镜平晶光程差：明暗erR平晶平凸透镜暗环oo第32页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一明环：暗环：明环半径：暗环半径：明暗环半径：erR平晶平凸透镜暗环oo内疏外密的同心圆环第33页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一2.接触点e =0 暗斑1.同一e 处形成同一级条纹3.相邻明（暗）纹对应厚度差：以接触点为中心的同心圆环牛顿环以接触点为中心的同心圆环内疏外密中间条纹级次低如果平凸透镜上移，

12、条纹怎样移动? 第34页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一透射条纹与反射条纹互补5.透射光干涉条纹：明暗光程差：亦是能量守恒的体现第35页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一牛顿环的应用： 测透镜球面的半径R： 测波长： 检验透镜球表面质量标准验规待测透镜暗纹对暗环已知, 测 m、rk+m、rk，可得R 。已知R，测出m 、 rk+m、rk， 可得。第36页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一例：如图，用单色光垂直照射透镜半径为R的牛顿环，求反射光形成的牛顿环各暗环半径。e0n1各级干涉条纹向中心收缩第37页，共51页，2022年，

13、5月20日，17点22分，星期一在图示三种透明材料构成的牛顿环装置中，用单色光垂直照射，在反射光中看到干涉条纹，则在接触点P处形成的圆斑为 (A)全明。 (B)全暗。(C)右半部明，左半部暗。 (D)右半部暗，左半部明。 D反射光的干涉条纹分布?第38页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一 在牛顿环装置的平凸透镜和平板玻璃间充以某种透明液体，观测到第10个明环的直径由充液前的14.8cm变成充液后的12.7c m , 求这种液体的折射率n。 各级干涉条纹向中心收缩第39页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一L fPo eni21Siii 5 薄膜干涉 (

14、二) 等倾干涉 点光源照明均匀薄膜时的干涉条纹分析倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹 等倾条纹。明纹暗纹第40页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一透射光条纹与反射光相反（互补）一系列同心圆环第41页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一四. 应用：增透膜、反射膜空气空气e1.增透2.增反12第42页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一光学镜头的增透膜一般对应550nm的黄绿光。第43页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一6 迈克耳逊干涉仪一. 仪器结构、光路M12211S半透半反膜M2M1G1G2E补偿板二 . 工

15、作原理光束2和1发生干涉 若M1、M2平行 等倾条纹 若M1、M2有小夹角 等厚条纹若M1平移d时，干涉条移过N条，则有：第1章结束第44页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一例题：在迈克耳孙干涉仪的两臂中分别引入 10 厘米长的玻璃管 A、B ，其中一个抽成真空，另一个在充以一个大气压空气的过程中观察到107.2 条条纹移动，所用波长为546nm。求空气的折射率？解：设空气的折射率为 n条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个波长，当观察到107.2 条移过时，光程差的改变量满足：迈克耳孙干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数。精度高。第45页，共51页，

16、2022年，5月20日，17点22分，星期一1.单色平行光垂直照射在薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，如图所示，若薄膜的厚度为e，且n1n3，l1为入射光在n1中的波长，则两束反射光的光程差、位相差分别为入射光反射光1反射光2e第46页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一2.波长为l的单色光垂直照射由两块玻璃板构成的空气劈尖，已知劈尖角为q。如果劈尖角变为q，从劈棱数起的第四条明条纹位移值x是多少?第47页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一3.如图所示，在双缝干涉实验中SS1=SS2，用波长为l的光照射双缝S1和S2，通过空气后在屏幕E上形成干涉条纹。已知P点处为第三级明条纹，则S1和S2到P点的光程差为 。若将整个装置放于某种透明液体中， P点为第四级明条纹，则该液体的折射率n= 3 l4/3第48页，共51页，2022年，5月20日，17点22分，星期一4.如图所示，设有两个同相的相干点光源S1和S2，发出波长为l的光。A是它们连线的中垂线上的一点。若在S1与A之间插入厚度为e、折射率为n的薄玻璃片，则两光源发出的光在A点的位相差? 若已知l 5000A，n=1.5，A点恰