大学物理干涉衍射

第17章波动光学一光源与光的相干性干涉：两列频率/振动方向相同，相位差恒定的波在空间相遇产生固定加强/减弱的现象。相干波为什么17世纪不做个干涉实验证明波动性？1光源基本发光单元是分子、原子（电子的运动状态有关）.(基态-激发态，辐射能量，发光)非不为也，实不能也！P21普通光源发光特点：原子发光是断续的，每次发光形成一长度有限的波列,各原子各次发光相互独立，各波列互不相干.原子能级及发光跃迁基态激发态跃迁自发辐射波列长L=c随机性：振动方向，初相间歇性：断续，波列独立(不同原子发的光)··独立(同一原子先后发的光)2如何获得相干光？不同的光源/同一光源的不同部分，不相干------〉同一光源的同一部分分振幅(waveamplitude)法：光源同一点发出的光波列，设法一分为二，经历不同的路程后相遇（如果时间上来的及）。折射/反射（能量）分波阵面(wavesurface)法：从光源发出的光的同一波阵面上取出两部分面元作为相干光的波源。子波*光源3光的叠加superposition光是电磁波。传播的是交变电磁场EH。E矢量参与与物质相互作用（感光、生理作用）：光矢量。E矢量的振动称为光振动。振幅E0光的叠加遵循波的叠加原理：合成光矢量等于各个分光波的矢量和。波动光学中主要讨论的是相对光强，同一介质中直接把光强定义为：平均能流密度：光强两频率相同，光矢量方向相同的光源在p点相遇A非相干叠加独立光源的两束光或同一光源的不同部位所发出的光，位相差任意叠加后，无干涉现象，亮度分布均匀。B相干叠加满足相干条件的两束光空间各点位相差恒定，明暗相间的干涉图样干涉相长（相等=4倍）干涉相消干涉：能量在空间的重新分布回顾干涉：两列频率/振动方向相同，相位差恒定的波在空间相遇产生固定加强/减弱的现象。空间各点位相差恒定，明暗相间的干涉图样波的空间/时间周期性光的干涉1

杨氏双缝干涉Young’sTwo-slitexperimentS1S2S***二分波阵面法干涉D>>d波程差干涉加强明纹位置干涉减弱暗纹位置中央明纹（k=0），相位差为0(1)明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧干涉条纹特点(2)相邻明条纹和相邻暗条纹等间距，与干涉级k无关。两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。复色光彩色干涉条纹加大狭缝宽度?继续加大？例：白光入射，400-760nm，哪几级光谱不会重叠？k=0,白色.k!=0,紫光-红光123杨氏双缝试验线光源很窄，保证干涉条纹清晰光强很弱矛盾2

其他分波阵面干涉装置菲涅耳双镜P劳埃德镜当屏幕移至p‘处，从S1和S2

到L点的波程差为零，但对应暗条纹！半波损失。光从光速较大的介质射向光速较小的介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变π，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.PML问：原来的零级条纹如何变化？例：S2

缝上覆盖介质，厚度

h

，折射率n

，入射光波长.

分析：中心，从S1和S2发出的相干光所对应的相位差不同介质中波程差不反映相位差！三光程干涉现象决定于两束相干光的位相差。同一介质：波程差两束相干光通过不同的介质时，位相差不能单纯由几何路程差决定。光在介质中传播几何路程为r，相应的位相变化为介质中光的波长光程：在相同的时间内光在真空中通过的路程光在介质中走过的路程，可折算为光在真空中的路程。不同介质中光程具有可比性（例：水中游泳/风中跑步）定义：光程差opticalpathdifference

光在真空中的波长若两相干光源不是同位相的两相干光源同位相，干涉条件相干光干涉取决于光程差透镜？不同光线通过透镜要改变传播方向A、B、C的位相相同，在F点会聚（干涉增强）A、B、C各点到F点的光程都相等。结论：透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。相干光干涉取决于光程差（反射可能引起的附加光程差）干涉相长干涉相消小结：相干光干涉取决于相位差四分振幅法干涉a1a2a均匀透明介质n1中,放入上下表面平行,厚度为d的均匀介质n2(>n1)，单色光入射1

薄膜干涉脏脏的油污-五彩的油膜计算前两束光线a2与a1的光程差半波损失由折射定律和几何关系可得出：a1a2a对同一入射光来说，当反射方向干涉加强时，在透射方向就干涉减弱。入射角、厚度能量守恒若厚度均匀，光程取决于入射角。等倾干涉透射光？薄膜干涉的应用增透膜：照相机的光学镜头（紫红色），镜片增反膜：玻璃幕墙，汽车玻璃，反射望远镜（多层）滤色片：多层镀膜，使其他波长的光透射干涉相消a1a2aEr1r2F问：若反射光相消干涉的条件中取

k=1，膜的厚度为多少？此增透膜在可见光范围内有没有增反？例已知波长550nm光线垂直入射，照相机镜头n3=1.5，上涂一层n2=1.38的氟化镁增透膜。解：因为，所以反射光经历两次半波损失。反射光相干相消的条件是：代入k和

n2

求得：很薄！！！此膜对反射光相干相长的条件：可见光波长范围400~700nm波长412.5nm的可见光有增反。问：此增透膜在可见光范围内有没有增反？2等厚干涉：劈尖夹角很小的两个平面所构成的薄膜。厚度变化空气劈尖棱边楔角平行单色光垂直照射空气劈尖上，空气折射率n,上、下表面的反射光将产生干涉，厚度为d

处，两相干光的光程差为d干涉条件厚度相同，光程差相同，对应一定k值的明或暗条纹（等厚干涉）d=0,=/2，暗条纹半波损失实心劈尖实心劈尖棱边处？空气劈尖干涉条纹空气劈尖任意相邻明（暗）条纹对应的厚度差：条纹宽度b：任意相邻明条纹(或暗条纹)之间的距离单色光：愈小条纹愈疏；令变大？白光：劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹。若厚度不均匀，不规则的曲线花纹：肥皂泡，油膜，昆虫的翅膀所有的光干涉相消。厚度为0肥皂泡上黑色的区域表明：波列长度L与光源的谱线宽度成反比。白光：L~波长钠光灯：~0.058厘米低气压镉灯：~40厘米激光器：~几百公里玻璃表面的反射光干涉？~~~~~~~回顾~~~~~~~~~~~~~~~单色光垂直入射劈尖形薄膜上下表面反射光产生干涉明暗相间、平行等距分布的干涉条纹棱边:零级暗条纹（？？此处有无可能零级明纹）。

(n1>n2>n3n1<n2<n3)相邻明纹/暗纹对应的薄膜厚度差：半个波长相邻明纹/暗纹间距（条纹宽度）：例：牛顿环：检验光学平面的质量。平面：劈尖；球面：牛顿环（平凸透镜）空气薄层中，n=1,厚度d处上下表面反射光的干涉条件：等厚-同心圆R-d略去d2条纹间距非线性变化：牛顿环半径变大，条纹变密。d=0,两反射光的光程差=/2，为暗斑。R-d平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离平板玻璃时，干涉条纹将向中心收缩测量波长曲率半径平整度微小位移单色光源反射镜反射镜与成角补偿板

分光板移动导轨五迈克耳逊干涉仪反射镜反射镜单色光源光程差的像当不垂直于时，形成劈尖型等厚干涉条纹.反射镜反射镜单色光源一般M1、M2有小夹角

等厚条纹干涉条纹移动数目迈克尔孙干涉仪的主要特性两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.移动距离移动反射镜干涉条纹的移动当与之间距离变大时，圆形干涉条纹从中心一个个长出,并向外扩张,干涉条纹变密;距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀.例在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入