第十三章光学2

1.光源光源：发光的物体。两大类光源：普通光源、激光光源。普通光源按光的激发分为以下几种：热光源：利用热能激发的光源。电致发光：由电能直接转换为光能。光致发光：由光激发引起的发光现象。光的干涉一、光的相干性专题讲座5包括教材P203-222化学发光：由化学反应引起的的发光现象。1.光源普通光源发光的两个特点：间歇性

——各原子发光是间歇的，平均发光时间t约为10-8～10-11s，所发出的是一段长为L=ct的光波列。随机性

——每次发光是随机的，所发出各波列的振动方向和振动初相位都不相同。因此，两个普通光源发出的光不可能产生干涉。一、光的相干性

光是某一波段的电磁波。

可见光的波长为400~760nm。

具有一定频率的光称为单色光。

频率不同的光复合起来称为复合光。二、光的干涉现象干涉条件：频率相同，振动方向相同，有恒定的相位差。干涉定义：满足相干条件的两列或两列以上的波，它们在空间的重叠区域内各点相遇时，将发生干涉现象。相干光：能产生干涉现象的光。相干光源：能产生相干光的光源。光不管在真空还是介质中传播，其频率ν是不变的。传播速度：

真空中的光速c＞介质中的光速v故

真空中的波长λ

＞介质中的波长λ'2、透镜的等光程性

adegF与bhF几何路程不等，但是光程相等。abc三点在同一波面上，相位相等。到达F点形成亮点，F屏ed..gh..acb...3、附加光程介质t光程=D－t＋nt

=D+（n－1）t附加光程4、光程差与位相差的关系λ

为波长。说明abc三条光线到达F点无相位差。三、光程附加光程1、光程定义：光程=折射率×几何路程=nD透镜的使用不会引起附加的光程差。DAB未放介质时，AB之间的光程为D放入介质后，AB之间的光程为：四、双缝干涉

英国医生兼物理学家托马斯·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，使光的波动学说得到了证实。（1）实验现象1、杨氏双缝实验Pθθ（2）理论分析（D＞＞x）如图，

S1和S2到屏上P点的光程差为（D＞＞d）

中央亮纹一级亮纹一级亮纹二级亮纹二级亮纹一级暗纹一级暗纹二级暗纹二级暗纹

k=0时，为零级明条纹或称中央明纹，对于明条纹，k=1，2，……为第一级，第二级，……明条纹。对于暗条纹，k=1，2，……为第一级，第二级，……暗条纹。（1）第k级明条纹的位置：讨论：即：杨氏干涉条纹是明暗相间的等间隔条纹。（4）若用白光照射，在屏幕上可以得到彩色干涉条纹。（2）相邻两明纹的间距：（3）可测量照射光的波长S*白光照射双缝:零级明纹：白色其余明纹：彩色光谱内紫外红2、菲涅耳双镜实验ABS2**122屏*S点光源CM1M2aS11镜子3、劳埃镜实验S1S2*MAB屏*S1S2*MAB屏*考虑问题：当屏移到A’B’位置时，在屏上的P

点应该出现暗条纹还是明纹？BAP.´´在屏上P

点出现暗条纹。这一结论证实，光在镜子表面反射时有相位突变。相当于光波多（少）走了半个波长。如果光从光疏媒质传向光密媒质并在其分界面上反射时将发生半波损失。折射波无半波损失。若n1<n2，称媒质1为光疏媒质，媒质2为光密媒质。3、劳埃镜实验例13-1:

杨氏双缝的间距为0.2mm，距离屏幕为1m。(1)若第一到第四级明纹距离为7.5mm，求入射光波长。(2)若入射光的波长为600nm，求相邻两明纹的间距。解:根据公式例13-2:

杨氏双缝的一个缝被折射率为1.40的薄玻璃所盖，另一缝被折射率为1.70的的薄玻璃所盖，屏上原来中央极大处被原来的第五级亮纹所占据。假定入射光的波长为λ＝480nm，两玻璃的厚度相同，求玻璃片的厚度t。解：SS12dO光线S1O的光程为：光线S2O的光程为：光程差为：作业：教材：P26513-8，13-10，P26613-11；指导：P2653。五、薄膜干涉n1niiγ121'2'光1、2—反射光光1'、2'

—透射光γ2

入射光到达薄膜表面被分解为反射光和折射光。折射光经下表面反射和上表面的折射，回到上表面上方的空间，与上表面的反射光交叠而发生干涉。因反射光和折射光都只携带了入射光的一部分能量，而能量与振幅的平方成正比，所以利用界面将入射光分解而获得相干光束的方法属于分振幅法。五、薄膜干涉薄膜干涉一般分为两类，即等倾干涉和等厚干涉。1、薄膜干涉的一般性讨论由B点向光1作垂线交于D。由几何关系根据折射定律：n1n2eCi121'2'iγγDABi反射光1、2的光程差为：所以所以1、薄膜干涉的一般性讨论n1n2eCi121'2'iγγDABi考虑到半波损失，反射光1、2的光程差：透射光无半波损失，1'、2'的光程差：所以反射光与透射光明暗条纹正好相反。1、薄膜干涉的一般性讨论分析与讨论：1.光程差是入射角的函数，这意味着对于同一级条纹具有相同的倾角，故称这种干涉为等倾干涉。2.光线垂直入射时，反射光的光程差为：3.

薄膜厚度对干涉条纹的影响2、薄膜的等倾干涉薄膜厚度均匀(e一定)，光程差

随入射角i变化增透膜和增反膜增透膜在透镜表面镀一层厚度均匀的透明介质膜，使其上、下表面对某种色光的反射光产生相消干涉，其结果是减少了该光的反射，增加了它的透射。照相机镜头眼镜6.薄膜等倾干涉的应用激光器谐振腔宇航服增反膜利用薄膜干涉原理，使薄膜上、下表面对某种色光的反射光发生相长干涉，其结果是增加了该光的反射，减少了它的透射。增透膜（低膜）的计算垂直入射的反射光在两个界面上都有半波损失，因此

使反射极小，则透射极大，达到增透的效果，即

膜的光学厚度为增反膜（高膜）满足解:依题意反射光干涉最小，上下表明都有半波损失，故例13-3:

照相机透镜常镀上一层透明薄膜，目的就是利用干涉原理减少表面的反射，使更多的光进入透镜。常用的镀膜物质是MgF2，折射率n=1.38，为使可见光谱中=550nm的光有最小反射，问膜厚e=？n2=1.38n3=1.50n1=1

k=0,1,2,…对应于最小厚度，k=0，得到

说明：入射光能量一定，反射光能量减弱必然使透射能量增强，所以这种膜称为增透膜。例13-4:空气中肥皂膜(n1=1.33)，厚为0.32m。如用白光垂直入射，问从正面看肥皂膜呈现什么色彩？解:反射光干涉极大2=567nm(黄绿光)可见光范围400~760nm3、薄膜的等厚干涉(1)劈尖干涉介质劈尖空气劈尖n干涉情况分析

nθ光程差：相邻两暗（明）纹的间距：根据暗纹条件：显然，——劈尖公式（1）利用劈尖可以测量微小角度θ，微小厚度及照射光的波长。（2）在尖端是暗纹。（3）对于同一级干涉条纹，具有相同的介质厚度。3、讨论：夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变小，条纹变宽，条纹向右移动夹角变大，条纹变密，条纹向左移动夹角变大，条纹变密，条纹向左移动夹角变大，条纹变密，条纹向左移动夹角变大，条纹变密，条纹向左移动夹角变大，条纹变密，条纹向左移动夹角变大，条纹变密，条纹向左移动夹角变大，条纹变密，条纹向左移动夹角变大，条纹变密，条纹向左移动夹角变大，条纹变密，条纹向左移动夹角变大，条纹变密，条纹向左移动应用：薄膜厚度的测量Ldl薄膜厚度：条纹数测量原理

在半导体元件生产中，测定硅片上二氧化硅薄膜厚度的常用方法是：将薄膜的一部分磨成劈形膜，通过观察垂直入射光在察垂直入射光在其上面产生的干涉条纹，计算出厚度。

例13-5:

有一玻璃劈尖，放在空气中，劈尖夹角=810-6rad.波长=0.589m的单色光垂直入射时，测得干涉条纹的宽度为l=2.4mm，求玻璃的折射率。解：(2)牛顿环a.牛顿环的特点：干涉条纹是以平凸透镜与平面玻璃板的接触点为圆心的明暗相间的圆环，中心为暗点；条纹间距不相等，且内疏外密。b.牛顿环的计算分析首先分析反射光的干涉：设r

为某级干涉环的半径eRR–err反射光光程差为：∵则明环暗环得明环半径暗环半径牛顿环的讨论（1）从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？——亮点（2）可以用来测量光波波长。（3）应用例子：用于检验透镜质量。牛顿环的应用——波长测量例13-6:

已知：用紫光照射，借助于低