学习-大物b物理课件ch12-1干涉

第十二章光学粒子性（牛顿微粒说）波动性（惠更斯波动说）反射、折射反射、折射、波粒二象性粒子性（爱因斯坦、康普顿光子说）波动性（麦克斯韦、赫兹光的电磁理论）干涉、衍射几何光学：

光的直线传播定律光的独立传播定律光的折射和反射定律

内容：

以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中的传播问题。波动光学：

以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律内容：干涉衍射偏振现代光学：

反映了光学进一步于各个科技领域的紧密结合。内容：

量子光学：

以光和物质相互作用时所显示出的粒子性为基础，来研究光的一系列规律。内容：光和物质的相互作用规律激光、全息摄影、光纤维光学计算机、傅里叶光学红外技术、遥感、遥测等重点光的干涉条件杨氏双缝、洛埃镜光程、光程差等倾干涉等厚干涉难点光程差的计算等倾和等厚条纹的区别及计算4000Å紫7600Å红光是电磁波。可见光是能引起人的视觉的那部分电磁波。发射光波的物体称为光源。一、光源§12-2

光源单色光相干光两大类光源：热光源：利用热能激发，为热辐射。

（如白炽灯、弧光灯等）电致发光：由电能直接转换为光能。

（气体放电管、半导体发光二极管）光致发光：由光激发所引起的发光。

（如碱土金属氧化物）化学发光：由化学反应而引起的发光。

（如萤火虫）

原子模型“基态”的电子“激发态”的电子光子=(E2-E1)/hE1E21、普通光源：自发辐射普通光源发光的特点：间歇性：随机性：独立（同一原子不同时刻发的光）独立

（不同原子同一时刻发的光）··

各原子发光是断断续续的，平均发光时间t约为10-8秒，所发出的是一段长为L=ct的光波列。

每次发光是随机的，所发出各波列的振动方向、振动频率和振动初位相有可能都不相同。单色光：具有单一频率的光波称为单色光。谱线宽度光谱曲线谱线及其宽度强度波长例：钠黄光（5893埃）5890埃5896埃复色光：不同频率单色光的混合光称为复色光。2.激光光源：受激辐射=(E2-E1)/hE1E2二.光的相干性方向性好单色性好高亮度相干性好

频率相同

振动方向相同

相位差恒定

1.两列光波的叠加(只讨论电振动)p···12r1r2P:12E0E10E200光是电磁波非相干光源

I=I1

+I2—非相干叠加

相干光源

12E0E10E20相消干涉（暗纹）(k=0,±1,±2,±3…)干涉图相长干涉（亮纹）(k=0,±1,±

2,±

3…)2、干涉条件：频率相同，振动方向相同，有恒定的相位差。3

干涉现象的光强分布4.普通光源获得相干光的途径pS

*分波阵面法分振幅法·p薄膜S*§12-3双缝干涉

英国医生兼物理学家托马-杨（T.Yang)于1801年首先成功地进行了光干涉实验，并看到了干涉条纹，使光的波动理论得到了证实。一、杨氏双缝实验

设两列光波的波动方程分别为：p···12r1r2由于两列波由同一光束分解出来，因此10=20。结论：光干涉问题的关键在于计算波程差。p···12r1r2杨氏双缝波程差：干涉条纹明暗条件：r1r2xPSs1s2Ddo1、干涉条纹在屏幕上的分布屏幕中央（k=0）为中央明纹其中k称为条纹的级数01-12-2-33杨氏干涉条纹特征2、相邻明纹或暗纹的间距：结论：条纹为等间距分布3、条纹位置和波长有关，不同波长的同一级亮条纹位置不同。4、如果用白光照射，则屏上中央出现白色条纹，而两侧则出现彩色条纹条纹间距与波长成正比，因此紫光的条纹间距要小于红光的条纹间距。432112340实验现象：将观察屏移至与反射镜接触，在接触处观察到是暗纹.解释：光从光疏媒质（n比较小）到光密媒质（n比较大）反射出现半波损失二、洛埃镜若n1<n2

，介质1:光疏介质光在垂直入射（i=0）或者掠入射（i=90°）的情况下，如果光是从光疏介质传向光密介质，在其分界面上反射时将发生半波损失。而折射波无半波损失。半波损失介质2:光密介质n1n2例1

杨氏双缝的间距为0.2mm，距离屏幕为1m。(1)若第一到第四明纹距离为7.5mm，求入射光波长。(2)若入射光的波长为6000A，求相邻两明纹的间距。解：r1r2xPs1s2Ddo§12-4光程与光程差

当光在折射率为n

的媒质中传播时，速度大小为波长为一、光程与光程差

设单色光在媒质界面分成两束光，两束相干光在不同媒质所经历的几何路程为，相遇后它们的相位差为定义：光程=nx光程差：Px1x2n1n2

（1）干涉的强弱取决于光程差，而不是几何路程；

（2）光程的物理意义：

光在折射率为n

的媒质中通过几何路程x所用的时间为在相同的时间内光在真空中通过的路程为

光程是光在媒质中通过的路程折合到同一时间内在真空中通过的相应路程。干涉条纹的一般条件：

对光干涉起决定作用的不是这两束光的几何路程之差，而是两者的光程差。结论：Pr1r2n1n2由光程差计算相位差光程……多种介质例2

用薄云母片（n=1.58）覆盖在杨氏双缝的其中一条缝上，这时屏上的零级明纹移到原来的第七级明纹处。如果入射光波长为5500A，问云母片的厚度为多少？解：原七级明纹P点处插入云母后，P点为零级明纹P0d二、等光程性结论：透镜只能改变光的传播方向而不会引起附加光程差三、附加光程差（额外光程差）n1n2n3n2n1n3n1<n2<n3无附加光程n1>n2<n3有附加光程1212结论：分振幅法实现干涉时须考虑由半波损失引起的附加光程差,当介质折射率依次增大或减小时无附加光程差n1>n2>n3n1<n2>n3一、等倾干涉条纹

光波经薄膜两表面反射后相互叠加所形成的干涉现象，称为薄膜干涉。薄膜干涉可分成等倾干涉和等厚干涉两类。§12-5薄膜干涉厚度均匀的薄膜在无穷远处形成的干涉条纹rL

fPO

rk环B

en1n3n2iA

CD21Siii

·····1、反射光的干涉：n1n2n3e123abcdQP光程差：光程差：n1n2n3e123abcdQP等倾干涉条件：加强：其中：0n1<n2<n3n1>n2>n3n1>n2<n3n1<n2>n3减弱：条纹级次取决于入射角

形状:条纹特点:一系列同心圆环

条纹间隔分布:内疏外密

条纹级次分布:

波长对条纹的影响:

膜厚变化时,条纹的移动:e一定时，等倾条纹一定，一定，中央级次最高（i=0)由薄膜厚度决定其中：0n1<n2<n3n1>n2>n3n1>n2<n3n1<n2>n3结论：透射光干涉条纹与反射光干涉条纹明暗互补2、透射光的干涉：n1n2n3e123abcdQP45gf3、增透膜和增反膜(2)、增反膜（反射干涉增强）(1)、增透膜（透射干涉增强）n1

nMgF2（n=1.38）玻璃（n1=1.5）反射加强：反射减弱：n1

nZnS（n=2.40）玻璃（n1=1.5）n1n2n3二.等厚干涉条纹厚度不均匀的薄膜表面上形成的干涉ibaa’b’ABC

当一束平行光入射到厚度不均匀的透明介质薄膜上，如图所示，两光线a

和b的光程差：

当i

保持不变时，光程差仅与膜的厚度有关，凡厚度相同的地方光程差相同，从而对应同一条干涉条纹---等厚干涉条纹。为此，明纹和暗纹出现的条件为：明纹暗纹

实际应用中，通常使光线 垂直入射膜面，即，光程差公式简化为：：为因为半波损失而生产的附加光程差。ne条纹特征：(1)、条纹级次k随着劈尖的厚度而变化，因此这种干涉称为等厚干涉。条纹为一组平行于棱边的平行线。(2)、由于存在半波损失，棱边上为0级暗纹。(3)、条纹等间距1、劈尖的干涉劈尖：薄膜的两个表面是平面,其间有很小夹角。相邻明条纹所对应的厚度差：条纹间距2、劈尖的干涉的应用(1)、厚度的测量：厚度：条纹数dl条纹间距:Lnl例1

为了测量金属细丝的直径，把金属丝夹在两块平玻璃之间，形成劈尖，如图所示，如用单色光垂直照射，就得到等厚干涉条纹。测出干涉条纹的间距，就可以算出金属丝的直径。某次的测量结果为：单色光的波长

=589.3nm金属丝与劈间顶点间的距离L=28.880mm，30条明纹间得距离为4.295mm,求金属丝的直径D？

LD解：相邻两条明纹间的间距其间空气层的厚度相差为/2于是因为很小(2)、测表面平整程度1）工件表面有突起，朝背向棱方向扭曲条纹扭曲方向：2）工件表面有凹陷，朝棱方向扭曲所以:

abhbahek-1ek例2、在半导体元件生产中,为了测定硅片上SiO2薄膜的厚度,将该膜的一端腐蚀成劈尖状,已知SiO2的折射率n=1.46,用波长

=589.3nm的钠光照射后,观察到劈尖上出现9条暗纹,且第9条在劈尖斜坡上端点M处,Si的折射率为3.42.试求SiO2薄膜的厚度.SiSiO2OM解：由暗纹条件可知,第9条暗纹对应于k=8,代入上式得所以SiO2薄膜的厚度为1.72m。.S分束镜M显微镜o

牛顿环装置简图平凸透镜平晶

牛顿环：一束单色平行光垂直照射到此装置上时，所呈现的等厚条纹是一组以接触点O为中心的同心圆环。牛顿环光程差的计算

牛顿环干涉条纹的特征牛顿环的应用3.牛顿环(1)牛顿环实验装置及光路(2)反射光光程差的计算=2e+/2eA12(3)牛顿环干涉条纹的特征A.

明暗条纹的判据rRe0由几何关系可知（R–e)2+r2=R2R2-2Re+e2+r2=R2e=r2/2Rk=0，r=0中心是暗斑……牛顿环干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环。B.相邻暗环的间距内疏外密C.牛顿环干涉条纹的图形

牛顿环干涉是一系列明暗相间的、内疏外密的同心圆环。若将牛顿环置于n＞1的液体中，条纹如何变？条纹向里收缩

依据：公式

测透镜球面的半径R：已知,测

m、rk+m、rk，可得R。

测波长λ：已知R，测出m

、rk+m、rk，

可得λ。

检验透镜球表面质量标准验规待测透镜暗纹(4).牛顿环的应用

应用：例3：如图所示，平凸透镜曲率半径为R1平凹透镜曲率半径为R2求：等厚条纹暗半径公式解：e2R1R2re1eA)向右平移E)向左平移B)向中心收缩C)向外扩张D)静止不动h选（B）例4、

如图，在牛顿环实验中平凸透镜垂直向上移动过程中可以观察到干涉条