C光的干涉概述实用

会计学1C光的干涉概述实用第十二章光的干涉

研究光的干涉现象的产生和基本实验规律。

本章教学内容:光源和光的相干性杨氏双缝干涉薄膜干涉第1页/共53页基本要求第十二章光的干涉掌握光的相干性、光程和光程差的概念2.理解获得相干光的分波阵面法和分振幅法3.掌握双缝干涉条纹分布规律及相关计算方法4.掌握劈尖干涉条纹分布规律及相关计算方法5.掌握牛顿环干涉条纹分布规律及相关计算方法6.了解迈克尔逊干涉仪的原理和应用第2页/共53页回顾机械波的相干性

强度分布：干涉项

相干条件振动方向相同频率相同相位差恒定相长相消普通光源很难实现相干条件一.光源和光的干涉性第3页/共53页1.光源的分类1)辐射性质：普通光源、激光光源2)能量补给：热光源、冷光源太阳，白炽灯水银灯第4页/共53页普通光源：自发辐射频率相位偏振态传播方向完全相同激光：受激辐射2.光源发光的特点频率振动方向初相不同间歇性随机性两普通光源或同一光源的不同部分是不相干的第5页/共53页3.获得相干光的基本方法思路将同一点光源、某一时刻发出的光分成两束，再引导其相遇叠加

分振幅法将透明薄膜两个面的反射（透射）光作为相干光源（分振幅~分能量）

分波阵面法将同一波面上两不同部分作为相干光源第6页/共53页4.光程、光程差如何简化？相干光在相遇点

P

叠加的合振动强度取决于两分振动的相位差第7页/共53页思路：设法将光在介质中传播的距离折合成光在真空中的距离，折合原则：在引起光波相位改变上等效。介质中

x距离内波数：真空中同样波数占据的距离介质折射率第8页/共53页结论：光在折射率为n的介质中前进x

距离引起的相位改变与在真空中前进nx距离引起的相位改变相同。光程差：等效真空程之差定义：等效真空程相位差为：光程差真空中波长第9页/共53页相长～明相消～暗由相长～明相消～暗第10页/共53页半波损失折射率n较小n较大常见情况：光由光疏介质射到光密介质界面上反射时附加/2光程差真空中加入厚d

的介质、增加(n-1)d

光程差薄透镜不引起附加光程差（物点与象点间各光线等光程）第11页/共53页练习：真空中波长为的单色光，在折射率为n的均匀透明介质中，从A点沿某一路径传播到B点，路径的长度为l=3/2n

。A、B两点光振动相位差为多少？解：A、B两点的光程差为相位差为第12页/共53页

实验装置二.杨氏双缝干涉第13页/共53页

明暗纹条件相长相消明暗k=0k=1k=-1k=2k=-2k=3k=-3第14页/共53页条纹特点形态：平行于缝的等亮度、等间距、明暗相间条纹亮度：宽度：第15页/共53页双缝间距越小，条纹越宽条纹变化S*白光照射双缝:零级明纹：白色其余明纹：彩色光谱高级次重叠。第16页/共53页练习最先重叠：某级红光和高一级紫光相同因此未重叠的清晰光谱只有一级。用白光光源()进行双缝干涉实验，求清晰可辩光谱的级次。零级二级一级三级第17页/共53页练习：如图所示，在双缝干涉实验中SS1=SS2。用波长为

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点的光程差为多少？若将整个装置放于某种透明液体中，P点变为第四级明条纹，则该液体的折射率为多少？解：由明纹条件得由明纹位置得所以第18页/共53页P其它分波阵面干涉菲涅耳双面镜第19页/共53页PML洛埃镜(1)干涉条纹只存在于镜上方(2)当屏移到镜边缘时，屏于镜接触点出现暗条纹——光在镜子表面反射时有相位突变π。注意第20页/共53页条纹下移练习.

在双缝干涉实验中，用折射率n=1.58的玻璃膜覆盖在一条缝上，这时屏上的第七级明纹移到原来中央明纹的位置上，若入射光波长为=550nm，求玻璃膜厚度。解：第21页/共53页

大肥皂泡最大时体积有13.5立方米大，还能自由漂浮，成为一道令人称奇的景观。而这个大肥皂泡出自37岁的“肥皂泡人”萨姆萨姆。萨姆萨姆真名萨姆-希斯。他通过20年的很多次实验，遭遇了无数次失败，研制出一种肥皂水秘方。第22页/共53页上讲内容：光程差：光程差真空中波长当相长~明相消~暗若当明暗第23页/共53页常见情况：光由光疏介质射到光密介质界面上反射时附加薄透镜不引起附加光程差(物点与象点间各光线等光程)证明请参看理科光学教程(证明参看姚启均“光学教程”P.37)折射率n较小n较大（半波损失）真空中加入厚d的介质、增加(n-1)d光程dn第24页/共53页杨氏双缝干涉明暗明暗k取值与条纹级次一致双缝间距越小，条纹越宽第25页/共53页

分振幅法将透明薄膜两个面的反射(透射)光作为相干光源（分振幅~分能量）第十二章光的干涉

分波阵面法杨氏双缝干涉、菲涅耳双棱(面)镜、劳埃镜等第26页/共53页反射光2、3相干光

透射光4、5相干光相遇点p、p´光强取决于1.薄膜表面的干涉条纹介质n1薄膜n2，e光波、i、入射光1

12354一.薄膜干涉第27页/共53页由几何关系、折射定律涉及反射，考虑有无半波损失2有、3无2无、3有12354反射时半波损失引起的附加光程差第28页/共53页考虑半波损失：4无、5无4无、5两次

12354透中无/2项明暗条纹条件：明

k=1、2、3...暗

k=0、1、2...无论反,透第29页/共53页讨论1第30页/共53页(1)薄膜厚度均匀（e一定），随入射角i变化同一入射角

i

对应同一干涉条纹不同入射角对应不同条纹干涉条纹为一组同心圆环等倾干涉(2)入射角i一定（平行光入射），随膜厚度e变化薄膜同一厚度处对应同一干涉条纹薄膜不同厚度处对应不同干涉条纹条纹形状与薄膜等厚线相同等厚干涉讨论2第31页/共53页单色、平行光垂直入射

明暗条纹条件:n明暗=

装置:两块光学平板玻璃一端接触，另一端垫一薄纸或细丝2.劈尖干涉条纹第32页/共53页

条纹特点:θLekek+1e楞边处e=0形态：平行于棱边，明、暗相间条纹条纹宽度（两相邻明纹间距）变化：条纹变密白光入射出现彩条空气劈尖充水条纹变密第33页/共53页动态：(1)劈尖上表面平行上移，条纹如何变化？条纹宽度不变条纹左移(向棱边方向移)(2)轻压劈尖上表面，条纹如何变化？条纹变宽条纹右移(远离棱边方向移)第34页/共53页每一条纹对应劈尖的一个厚度,当此厚度位置改变时,对应的条纹随之移动.第35页/共53页例：劈尖底面有一凹槽，条纹形状如何？

由于同一条纹下的空气薄膜厚度相同，当待测平面上出现沟槽时条纹向左弯曲。3）检验光学元件表面的平整度第36页/共53页θLekek+1e第37页/共53页空气4）测细丝的直径θLekek+1e第38页/共53页3.牛顿环装置：平板玻璃上放置曲率半径很大的平凸透镜明暗纹条件：单色平行光垂直入射

i=0明暗条纹特点：以接触点为中心的明暗相间的同心圆环中心暗斑nn1n1第39页/共53页得明暗条纹内疏外密白光照射出现彩环明暗纹半径：略去第40页/共53页平凸透镜上(下)移动，将引起条纹收缩(扩张)e条纹的形状取决于等厚膜线的形状等价于角度逐渐增大的劈尖第41页/共53页例：用读数显微镜测量第

k

级和第m

级暗环半径

应用举例测量单色平行光的波长第42页/共53页总结1）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹2）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距3）条纹的动态变化分析（n,,

变化时）4）半波损失需具体问题具体分析第43页/共53页迈克尔孙1852——1931年

美国物理学家，主要从事光学和光谱学研究。以毕生精力从事光速的精密测量，发明了干涉仪，研制出高分辨率的光谱学仪器，经改进的衍射光栅和测距仪。1887年与E.W.莫雷合作，进行了著名的迈克尔孙-莫雷实验。他首倡用光波波长作为长度基准，提出在天文学中利用干涉效应的可能性，并且用自己设计的星体干涉仪测量了恒星参宿四的直径。荣获1907年诺贝尔物理学奖。第44页/共53页4.迈克尔孙干涉仪装置：单色光源反射镜

反射镜与

成

角补偿板

分光板

移动导轨第45页/共53页条纹特点:反射镜反射镜单色光源

的像等顷干涉条纹第46页/共53页M1M1与M2'重合M2'M2'M1等倾涉条纹第47页/共53页当不垂直于时,可形成劈尖型等厚干涉条纹。反射镜反射镜单色光源第48页/共53页M1M2'M2'M1M2'M1M1等厚干涉条纹第49页/共53页主要特性：干涉条纹移动数目

两相干光束在空间