光的干涉学生

光的干涉学生1第1页，共53页，2023年，2月20日，星期一光学通常分为以下三个部分：▲几何光学：▲波动光学：▲量子光学：光学是研究光的传播以及它和物质相互作用的学科。光与物质相互作用的规律。2第2页，共53页，2023年，2月20日，星期一最初以光在透明介质中直线传播性质为基础.总结出了在透明介质中的反射和折射定律，由此逐步形成了几何光学。光学可分为：19世纪以光的干涉、衍射、偏振等实验结果表明，光具有波动性，且是横波。形成了以电磁波为基础的波动光学20世纪建立起了量子力学。光是一个十分复杂的客体。具有波粒二象性。人们把建立在光的量子性基础上，深入到微观领域研究光与物质相互作用规律的分支学科，称为量子光学3第3页，共53页，2023年，2月20日，星期一相应光色：紫、蓝、青、绿、黄、橙、红SI(国际单位)光是一种电磁波1Å=10-10m可见光的范围光是横波。4第4页，共53页，2023年，2月20日，星期一

第十一章波动光学一、光的干涉二、光的衍射三、光的偏振参考书：赵凯华主编«光学»

上下册5第5页，共53页，2023年，2月20日，星期一光的干涉（Interferenceoflight）6第6页，共53页，2023年，2月20日，星期一§11.1相干光§11.2杨氏双缝干涉洛埃镜§11.3光程薄膜干涉§11.4等厚干涉—劈尖牛顿环*§11.5迈克耳孙干涉仪干涉现象的目录7第7页，共53页，2023年，2月20日，星期一相干光的条件∶普通光源是不是相干光源？1)振动方向相同

2)频率相同3)位相差恒定

。

水波盘中水波的干涉§11.1光源的相干性8第8页，共53页，2023年，2月20日，星期一一、普通光源的发光机制原子能级及发光跃迁基态激发态9第9页，共53页，2023年，2月20日，星期一波列发光时间10-8-10-9s普通光源：普通光源不是相干光源。··独立（同一原子先后发的光）独立（不同原子发的光）

二、激光是相干光源10第10页，共53页，2023年，2月20日，星期一三.

普通光源获得相干光的途径

PS

*1.分波面法：2.分振幅法：·

P薄膜S*杨氏双缝例如肥皂膜在

P

点处相干叠加11第11页，共53页，2023年，2月20日，星期一肥皂膜的等厚干涉条纹12第12页，共53页，2023年，2月20日，星期一11-2

杨氏双缝实验洛埃镜一

、杨氏双缝干涉实验1、实验装置

缝间距

d=0.1mm缝屏距D=1mS1S2S***Dd>>，D>>d13第13页，共53页，2023年，2月20日，星期一白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片Δx14第14页，共53页，2023年，2月20日，星期一2、定量计算

xDdP(1)两相干光到

达屏上任意

点

P的波程差∶

15第15页，共53页，2023年，2月20日，星期一K级明纹

k级暗纹波程差相位差：16第16页，共53页，2023年，2月20日，星期一4、讨论

∶

白光照射时，0级明纹中心为白色,其它各级明纹构成彩带，第2级开始出现重叠

2)利用干涉条纹可以测量光的波长。

1）

条纹间距：17第17页，共53页，2023年，2月20日，星期一二.洛埃镜实验s1s2*MAB屏P点光源P点处为暗条纹

，证实了半波损失。

(1)(2)条纹间距：

18第18页，共53页，2023年，2月20日，星期一一.光程真空中：··rab介质中：··abnrn介质n

—

介质中波长—

真空中波长为方便计算光经过不同介质时引起的相位差，引入光程的概念。11-3光程

薄膜干涉

19第19页，共53页，2023年，2月20日，星期一光程差

在介质中的路程r乘以介质折射率：nr—

真空中波长光程相位差

20第20页，共53页，2023年，2月20日，星期一干涉加强干涉减弱干涉加强﹑减弱条件：λ为真空中波长21第21页，共53页，2023年，2月20日，星期一二

、透镜不引起附加的光程差

屏acb..F.F屏acb...垂直入射

倾斜入射

22第22页，共53页，2023年，2月20日，星期一问：原来的零级条纹被第6级明条纹占据，其厚度

h为多少？例1.已知：S2缝上覆盖的介质厚度为h，折射率为n，设入射光的波长为.

解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差23第23页，共53页，2023年，2月20日，星期一第

6

级明条纹位置满足：得：24第24页，共53页，2023年，2月20日，星期一解：由明纹条件，

例2、已知∶单色光照射，双缝间距d=0.2mm，缝到屏的距离D=1m，第一明纹到同侧旁第四明纹距离为7.5mm，求单色光的波长。25第25页，共53页，2023年，2月20日，星期一▲薄膜干涉是分振幅干涉。▲日常中见到的薄膜干涉：▲膜为何要薄？─光的相干长度所限。三

、薄膜干涉

·

P薄膜S*eRoθ等倾干涉，等厚干涉（劈尖和牛顿环）

26第26页，共53页，2023年，2月20日，星期一(一)膜的厚度均匀

----等倾条纹2312.在膜的上下表面反射的光程差(斜入射)1.发生干涉的两束相干光如何产生？……设n2>n1,则有半波损失,两反射光的光程差:27第27页，共53页，2023年，2月20日，星期一k级明纹

k级暗纹

干涉条件对于厚度均匀的薄膜，光程差只决定于光在薄膜的入射角i。故称为等倾干涉

28第28页，共53页，2023年，2月20日，星期一2、透射光的干涉n2123n1dn1k级明纹k级暗纹(二).垂直入射

i=0－－没有半波损失1、反射光的干涉29第29页，共53页，2023年，2月20日，星期一例

3、空气中肥皂膜

(n2=1.33)厚

0.32m，用白光垂直入射,

问在膜上方,肥皂膜呈什么颜色

？(即求波长)

解:

肥皂膜呈现绿色

大于可见光波长小于可见光波长n1

<n2>

n1,反射光有半波损失n2123n1dn130第30页，共53页，2023年，2月20日，星期一若在膜下方(透射光),肥皂膜呈什么颜色

？

大于可见光波长小于可见光波长肥皂膜呈现紫色n2123n1dn1n2>

n1,透射光没有半波损失31第31页，共53页，2023年，2月20日，星期一(三)、增透膜和增反膜增透膜-----

利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。增反膜-----

利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光加强。32第32页，共53页，2023年，2月20日，星期一=λA5500例4

增透膜

在玻璃表面镀上一层薄膜，使波MgF2长为0的绿光全部通过。

求：膜的厚度。解：使反射绿光干涉相消d2n2=λ2=+()k12=λ+()124n2×1.3834A0=5500×=2989A0λd=+()k124n2取k=1MgF2玻璃1.38=n21.50=n3e12半波损失?n1=1n1

<n2<

n3,没有33第33页，共53页，2023年，2月20日，星期一例5、P119。已知∶海上油膜，n1=1.20，海水

n2=1.30油膜厚度d=460nm。(1)从直升飞机上看，油膜呈什么颜色？(2)潜水员从水下看，油膜呈什么颜色？解∶(1)1.20=n11.30=n2d1234第34页，共53页，2023年，2月20日，星期一1.20=n11.30=n2d12(2)油膜呈紫红色。35第35页，共53页，2023年，2月20日，星期一

一、劈尖11-4劈尖

牛顿环—等厚条纹

1、实验装置干涉条纹示意图厚度不均匀薄膜表面D36第36页，共53页，2023年，2月20日，星期一2、定量计算明条纹暗条纹LDn1n1n37第37页，共53页，2023年，2月20日，星期一LDn1n相邻等厚条纹对应的厚度差为38第38页，共53页，2023年，2月20日，星期一3.劈尖的应用：（1）测波长，折射率：

（2）测细小厚度、

（3）测表面不平度等厚条纹待测工件平晶依据公式微小变化：思考题17-1239第39页，共53页，2023年，2月20日，星期一等厚干涉条纹劈尖不规则表面40第40页，共53页，2023年，2月20日，星期一二、牛顿环

1、实验装置

装置示意图①②S显微镜41第41页，共53页，2023年，2月20日，星期一牛顿环照片42第42页，共53页，2023年，2月20日，星期一2、定量计算

由直角三角形OAB有∶略去d2项得明纹暗纹①②43第43页，共53页，2023年，2月20日，星期一明环半径暗环半径drRoAB44第44页，共53页，2023年，2月20日，星期一3.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依据公式45第45页，共53页，2023年，2月20日，星期一例5、制造半导体元件时，常常要精确测定硅片上二氧化硅薄膜的厚度，这时可把二氧化硅薄膜的一部分腐蚀掉，使其形成劈尖，利用等厚条纹测其厚度.已知硅的折射率为3.42,SiO2的折射率为1.5，入射光波长为589.3nm,观察到7条暗纹，求SiO2薄膜的厚度d？解：n1<n2<n3，无半波损失；光程差LDn1n3n2kmax=6,代入上式，解出d46第46页，共53页，2023年，2月20日，星期一LDn1n3n247第47页，共53页，2023年，2月20日，星期一例6、在牛顿环实验中，用波长为589.3nm的钠黄光作光源，测得第k个暗环的直径为10.14，第k+5个暗环的直径为9.54，求平凸透镜的曲率半径R.解：48第48页，共53页，2023年，2月20日，星期一M2M1M1G1G2半透明镀银层反射镜

1反射镜2补偿玻璃板单色光源*11-5迈克耳逊干涉仪一.仪器结构、光路E2149第49页，共53页，2023年，2月20日，星期一

若M1、M2平行等倾条纹

若M1、M2有小夹角等厚条纹补偿板可补偿两臂的附加光程差。若M1平移d时(单程)，干涉条移过N条，则有：光束1和2发生干涉二.工作原理50第50页，共53页，2023年，2月20日，星期一*例7.在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入10厘米长的玻璃管A、B，其中一个抽成真空，另一个在充以一个大气压空气的过程中观察到107.2条条纹移动，所用波