大物-下物理课件4光干涉

第十四章波动光学发展史粒子说：17世纪～19世纪波动说：19世纪～20世纪主要内容：光的干涉现象与性质光的衍射现象与性质光的偏振现象与性质波粒二象性：20世纪初以来波动性质14.1光的相干性一、光矢量（lightvector)（自然界干涉现象）产生感光和生理作用主要是电矢量可见光：400～760nm光是电磁波，电场强度矢量称为光矢量。二、光的相干性满足条件若干束光波的相遇区域里，有些点振动始终加强（亮条纹），有些点振动始终减弱（暗条纹），称为干涉现象。光源：普通光源，自发辐射，非相干光激光光源，受激辐射，相干光相干条件频率相同振动方向相同相遇点相位相同或相位差恒定三、获得相干光(coherentlight)的方法分波面法:SS1S2杨氏双缝费涅尔双镜劳埃镜分振幅法:aaa'a"补充条件薄膜劈尖牛顿环振幅相差不能太大；光程差不能太大。14.2双缝干涉(double-slitinterference)一、杨氏双缝干涉Daxr2r1oS1S2PSIx01.实验装置2.干涉加强、减弱条件r2DPaxr1o++=2222)2(axDr-+=2221)2(axDr波程差由极值条件：（明纹）（暗纹）得到3.条纹特征相邻条纹等间距(2)用白色光源时，中央条纹为白色，其它各级形成彩色条纹分布。(1)明暗条纹对称分布在中央明纹两侧。Δxr2DPaxr1o二、洛埃镜实验实验装置实验意义验证了半波损失的存在。S2MLS114.3光程薄膜干涉一、光程与光程差1.光程(opticalpath)

光程是指光在同样时间里，在真空中通过的几何路程。

光程等于光在媒质中通过的几何路程与媒质折射率的乘积。注意：2.光程差(opticalpathdifference)两束光的光程之差，称为光程差。Lrnn2=n1=

n

时，2o光通过薄透镜时不产

生附加的光程差。d=

n2r2-n1r11o

光程差与位相差关系是Sacb··SFacb·ABCFacb·ABCF二、薄膜干涉（filminterference)肥皂膜干涉白光入射单色光入射由折射定律

n1sin

i=n2sinr考察光源发出任一光线1.均匀薄膜干涉（n2>n1）

i

erABCn1n2n1PSLD干涉极值条件是：10对厚度均匀的薄膜，e一定,同一条干涉条纹上各点对应入射线的入射角相同，称为等倾干涉(equalinclinationfringes)。垂直入射时：（i=0）观察等倾条纹的实验装置和光路inMLS

f屏幕条纹变化式中]2[l依情况而定20半波损失视折射率分布而定考虑半波损失不考虑半波损失当当e2n3ni1n30透射光干涉（n2>n1）

i

erABCn1n2n1DEF34如果

i=0，则40增透（射）膜和增反射膜增透膜:由透射光加强条件注意：也可以利用反射减弱条件照相机镜头是蓝紫色由反射光加强条件增反膜:注意：也可以利用透射减弱条件2.非均匀薄膜干涉(1)劈尖（wedgefilm）夹角很小两个平面所构成的薄膜叫劈尖。en

Ann(设n>

n

)反射光2反射光1S*单色平行光·12

1、2两束反射光例如在膜面上(A点）来自同一束入射光，它们可以产生干涉。干涉形成：可行成明暗条纹。对垂直入射，光程差为：反射光1单色平行光垂直入射ennn·A反射光2(设n>

n

)明纹暗纹对空气劈尖，n2=1labn1n2＝1n110对一定入射角光线,同一条干涉条纹上各点对应入射线的厚度相同，称为等厚干涉(equalthicknessfringes)。形成平行于棱边的明暗相间干涉条纹.20

相邻两条纹间隔对应的薄膜厚度差De

=

ek+1-

ek空气劈尖

n=1leekek+1明纹暗纹nD(2)牛顿环(Newtonring)

将平凸镜与一块平板玻璃叠放在一起，用单色平行光垂直照射，由平凸镜下表面和平板玻璃上表面两束反射光干涉，产生牛顿环干涉条纹。平凸透镜平晶光程差：如图所示考虑到得到利用极值条件得到条纹半径：暗纹明纹∴条纹间距，内圈的条纹级次低。思考▲平凸透镜向上移,条纹▲白光入射条纹情况如何？

牛顿环装置简图平晶S分束镜M显微镜0平凸透镜.怎样移动?▲透射光条纹情况如何？白光条纹条纹变化三.薄膜条纹的应用1.劈尖的应用▲测波长：已知θ、n，测l可得

▲测折射率：已知θ、，测l可得n

▲测细小直径、h待测块规λ标准块规平晶

▲测表面不平度等厚条纹待测工件平晶待测样品石英环λ平晶干涉膨胀仪依据公式厚度、微小变化：2.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已知,测

m、rk+m、rk，可得R。已知R，测出m、rk+m、rk，

可得。

依据公式若条纹如图，说明待测透镜球表面不规则，且半径有误差。一圈条纹对应的球面半径误差。暗纹标准验规待测透镜暗纹标准验规待测透镜如何区分如下两种情况?思考14.4迈克尔逊干涉仪（Michelsoninterferometer）迈克尔逊在工作

迈克尔逊（A.A.Michelson）因创造精密光学仪器，用以进行光谱学和度量学的研究，并精确测出光速，获1907年诺贝尔物理奖。美籍德国人一、仪器结构、光路补偿板补偿两臂的附加光程差M12211半透半反膜补偿板反射镜反射镜光源观测装置薄膜SM2M1G1G2E仪器结构二、工作原理光束2′和1′发生干涉原理演示十字叉丝等厚条纹注意：若M1平移d时等厚干涉条纹移过N条；等倾干涉条纹中心吞（吐）N个条纹。等倾条纹

若M1、M2平行等倾条纹

若M1、M2有小夹角等厚条纹M12211半透半反膜补偿板反射镜反射镜光源观测装置薄膜SM2M1G1G2E例1.[1]若测得同侧第[2]若入射光波长是6×10-7m,相邻两明纹的间距。在杨氏双缝干涉实验中，双缝间距是屏幕到双缝的垂直距离是一级明纹到第四级明纹距离是7.5mm,求光波长解:[1]由[2]当λ＝6×10-7m时，相邻明纹间隔是例2.杨氏装置中，光波长是6.4×10-7m，两缝间隔a=0.4mm,距离D=50cm,求：[1]两个第三级明纹的距离；[2]若屛上P点距离中心是0.1mm,则从双缝发出的两束光在P点的位相差是多少？解：[1][2]例3.覆盖其中的一条狭缝，屏幕上的第七级明条纹恰好移到第二级明条纹的位置。如果入射光的波长为，则这云母片的厚度应为多少？Δx在双缝装置中，用一很薄的云母片（n=1.58）解：未加介质片时加介质片后例4.白色平行光垂直入射到相距为0.25mm的双缝上，距缝50cm处放置屏幕。试分别求出第一级和第五级明纹彩色带的宽度。（设白光的波长范围是4000Å~7600Å)解:由干涉条纹位置公式k=1时：k=5时：例5.一薄玻璃片,其厚度为

,折射率为1.5

置于空气中。用白光垂直照射，问在可见光的范围内，哪些波长的光在反射中加强，哪些波长的光在透射中加强？欲反射加强,则有:在可见光范围内取：解：欲透射加强,则有:在可见光范围内取：例6.在折射率为的照相机镜头表面镀有一层折射率为的增透膜，如果此膜适用于波长的光，问膜的最小厚度应是多少？解：对该波长满足相消条件对最薄情况，取：例7.一单色光垂直照射在厚度均匀的薄油膜上，油膜覆盖在玻璃板上，油的折射率为1.3,玻璃的折射率为1.5，若单色光的波长可由光源连续可调,并观察到5000Å与7000Å这两个波长的单色光在反射中消失,求油膜的厚度。解：根据反射相消条件：例9.一劈尖,折射率,尖角

[1]此单色光在空气中的波长；[2]劈尖长3.5cm，可出现多少条明纹。试求：在某一单色光的垂直照射下，可测得两相邻明条纹之间的距离为。解：[1][2]明纹总数是注：棱边为暗纹，L被l整除，暗纹15条，明纹14条例10.用波长为的单色光垂直照射油膜。[2]油膜继续展开过程中干涉条纹怎样变化？中央点明暗如何？干涉条纹怎样分布？[1]若油膜中心最厚是，膜上共有几条明纹？解：[1]根据半波损失判断：外边为暗纹[2]油膜继续展开的过程中干射条纹半径扩大，个数减少，变稀，中心处明暗交替改变。例9用波长为500nm的单色光垂直照射到由两块光学平玻璃构成的空气劈尖上。在观察反射光的干涉现象中，距劈尖棱边l=1.56cm的A处是从棱边算起的第四条暗条纹中心。试求：（1）此空气劈尖的劈尖角；（2）改用600nm的单色光垂直照射到此劈尖上仍观察反射光的干涉条纹，