厦门理工学院大物下第十九章光的干涉

（一）相干光（二）杨氏双缝干涉（三）光程（四）薄膜干涉（五）迈克耳孙干涉仪主要内容目前一页\总数五十四页\编于十八点19-1相干光目前二页\总数五十四页\编于十八点一、光源及其发光

光源—发射光波的物体

类型自发辐射（非相干）(1)热辐射(白炽灯等)(2)电致发光（稀薄气体产生的辉光、发光二极管）(3)光致发光（利用光激发）(4)化学发光（利用化学反应，如萤火虫发光）受激辐射（相干）如激光光源目前三页\总数五十四页\编于十八点电磁波谱可见光的波长范围：400nm～760nm

光的颜色和电磁波谱目前四页\总数五十四页\编于十八点普通光源的发光机理一、光源及其发光处在基态的电子处在激发态的电子原子模型目前五页\总数五十四页\编于十八点一、光源及其发光处于激发态的原子会自发跃迁到低激发态或基态，向外辐射电磁波，是一种自发辐射。-13.6eV-3.4eV-1.5eV氢原子的发光跃迁波列L=c

一个原子每次只发出一段长度有限、频率一定和振动方向一定的光波。光是一种电磁波。目前六页\总数五十四页\编于十八点一、光源及其发光普通光源的发光特点

间歇性：各原子发光断断续续。

随机性：每次发光是随机的，各原子各次发光相互独立，各波列的振动方向和振动初相位各不相同。独立(不同原子发的光)独立(同一原子先后发的光)··目前七页\总数五十四页\编于十八点二、相干光波的相干条件频率相同，振动方向相同，有恒定的相位差的两束光相遇时，在叠加区域产生明暗稳定分布的现象，称为干涉现象，两列波称为相干波。两个独立普通光源发出的光不可能产生干涉。只有来自同一波列的光才是相干的。相干光：满足干涉条件的光。相干光源：产生相干光的光源。目前八页\总数五十四页\编于十八点光波的描述通常将光矢量振幅的平方称为光强，即一、光源及其发光目前九页\总数五十四页\编于十八点一、光源及其发光

单色光：只含单一波长的光。

复色光:含多种波长的光。

准单色光:光波中包含波长范围很窄的成分的光。目前十页\总数五十四页\编于十八点相干光的获得二、相干光振幅分割法波阵面分割法*光源分波阵面法分振幅法目前十一页\总数五十四页\编于十八点19-2杨氏双缝干涉目前十二页\总数五十四页\编于十八点1801年，英国物理学家托马斯·杨首先利用双缝实验观察到了光的干涉条纹，从实验上证实了光的波动性。1865年，英国物理学家麦克斯韦从他的电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光就是一种电磁波。一、杨氏双缝干涉实验目前十三页\总数五十四页\编于十八点杨氏双缝干涉实验目前十四页\总数五十四页\编于十八点一、杨氏双缝干涉实验设狭缝S1、S2两列光波波动方程分别为：

双缝干涉实验

两列波在P点产生的波动方程分别为：目前十五页\总数五十四页\编于十八点一、杨氏双缝干涉实验在P点产生的合振幅：相位差：合成光强：目前十六页\总数五十四页\编于十八点一、杨氏双缝干涉实验——相长干涉——相消干涉波程差影响干涉的重要因素光强极大光强极小目前十七页\总数五十四页\编于十八点一、杨氏双缝干涉实验r2r1xPSS1S2DdOd>>λ，D>>d(d

10-4m,D

1m)波程差:波程差目前十八页\总数五十四页\编于十八点一、杨氏双缝干涉实验

明暗条纹条件

01-12-2明纹级数12-1-2暗纹级数波程差为其它值的各点，光强介于最明和最暗之间。目前十九页\总数五十四页\编于十八点一、杨氏双缝干涉实验01-12-2明纹级数12-1-2暗纹级数

明暗条纹中心位置

k称为明（或暗）纹的级数屏幕中央（k=0）为中央明纹。（暗纹）（明纹）目前二十页\总数五十四页\编于十八点一、杨氏双缝干涉实验条纹特点以O为中心，明暗相间，相互平行，等间距的条纹。O为明条纹。两相邻明纹（或暗纹）间距：目前二十一页\总数五十四页\编于十八点一、杨氏双缝干涉实验紫光相比红光的条纹间距？光源为白光呢？白光入射的杨氏双缝干涉照片目前二十二页\总数五十四页\编于十八点S下移时，零级明纹上移，干涉条纹整体向上平移；S上移时，干涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。当d增大时，Δx减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密集。当d减小时，Δx增大，条纹变稀疏。当D减小时，Δx减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密集。当D增大时，Δx增大，条纹变稀疏。一、杨氏双缝干涉实验问题：①光源S位置改变，条纹如何变化：②双缝间距d改变，中央条纹和条纹如何变化：③双缝与屏幕间距D改变：目前二十三页\总数五十四页\编于十八点二、菲涅耳双镜和劳埃德镜实验菲涅耳双镜实验光栏等效于两虚光源S1和S2发出的相干光的干涉。目前二十四页\总数五十四页\编于十八点明条纹中心的位置屏幕上明暗条纹中心对O点的偏离x为：暗条纹中心的位置二、菲涅耳双镜和劳埃德镜实验明暗条纹中心的位置目前二十五页\总数五十四页\编于十八点二、菲涅耳双镜和劳埃德镜实验接触处,屏上L点出现暗条纹半波损失光源S1和S2是反相相干光源。PML劳埃德镜实验目前二十六页\总数五十四页\编于十八点有半波损失无半波损失入射波反射波折射波（透射波）折射波（透射波）没有半波损失二、菲涅耳双镜和劳埃德镜实验光由光疏介质（光速较大）射向光密介质（光速较小）时，反射光有π位相突变。入射波与反射波之间附加了一个半波长的波程差。半波损失目前二十七页\总数五十四页\编于十八点明暗条纹的分布二、菲涅耳双镜和劳埃德镜实验PML目前二十八页\总数五十四页\编于十八点二、菲涅耳双镜和劳埃德镜实验目前二十九页\总数五十四页\编于十八点19-3光程及光程差目前三十页\总数五十四页\编于十八点问题：将双缝干涉装置由空气中放入水中时，屏上的干涉条纹是否会发生变化？？目前三十一页\总数五十四页\编于十八点一、光程光程真空中传播路程为r时，相位变化：折射率n的介质中，传播路程为r时，相位变化：光在介质中的波长是真空中波长的1/n。目前三十二页\总数五十四页\编于十八点一、光程

光程的概念和意义

介质中的相位变化：光程光程—光在介质中几何路程与折射率的乘积。

物理意义光在介质中通过的几何路程按相位差相等折合到真空中的路程。nr一般情况：目前三十三页\总数五十四页\编于十八点二、光程差光程差

相位差目前三十四页\总数五十四页\编于十八点明暗条件二、光程差目前三十五页\总数五十四页\编于十八点三、等光程性等光程性平行光线通过透镜是否会引起附加光程差？透镜不引起附加的光程差。Sacb··S·FABCFabc目前三十六页\总数五十四页\编于十八点实验装置放入水中后条纹间距变小。问题：将双缝干涉装置由空气中放入水中时，屏上的干涉条纹是否会发生变化？再回到刚才的问题（空气中）（水中）目前三十七页\总数五十四页\编于十八点19-4薄膜干涉目前三十八页\总数五十四页\编于十八点一、薄膜干涉薄膜干涉（等倾干涉）PLDC34E5A1B2两束反射光光程差:目前三十九页\总数五十四页\编于十八点一、薄膜干涉明暗条件反射光光程差

透射光光程差等倾干涉：条纹级次取决于入射角的干涉。目前四十页\总数五十四页\编于十八点当时当时一、薄膜干涉当光线垂直入射时反射光光程差：目前四十一页\总数五十四页\编于十八点一、薄膜干涉

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，因此反射光因干涉而加强。增透膜和增反膜目前四十二页\总数五十四页\编于十八点二、等厚干涉等厚干涉——劈尖夹角θ很小的两个平面所构成的薄膜形成劈尖。SM劈尖角两相干光的光程差明纹暗纹等厚干涉(在空气层上下两表面):目前四十三页\总数五十四页\编于十八点二、等厚干涉相邻明(暗)纹对应的厚度差K级明纹：K+1级明纹：相邻明(暗)纹间距lL目前四十四页\总数五十四页\编于十八点二、等厚干涉条纹分布特点（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。条纹为一组平行与棱边的平行线。（2）由于存在半波损失，棱边上为零级暗纹。目前四十五页\总数五十四页\编于十八点二、等厚干涉劈尖的应用(1)测膜厚目前四十六页\总数五十四页\编于十八点(2)检验光学元件表面的平整度二、等厚干涉目前四十七页\总数五十四页\编于十八点例波长为的单色光垂直入射到一折射率为n的玻璃劈尖的表面，由于劈尖上表面某处不平，结果观察到该劈尖的干涉条纹如图所示。（1）劈尖上表面不平处凸起或凹下？（2）凸起的最大高度（或凹下的最大深度）为多少？解：（1）凹下（2）bH目前四十八页\总数五十四页\编于十八点等厚干涉——牛顿环二、等厚干涉牛顿环干涉图样显微镜SLM半透半反镜T实验装置平板玻璃和平凸透镜两个玻璃面形成类似劈尖的空气层。目前四十九页\总数五十四页\编于十八点二、等厚干涉Rrd暗纹明纹明暗条纹条件目前五十页\总数五十四页\编于十八点明暗条纹半径二、等厚干涉明环半径暗环半径明暗条纹分布特点中心为暗点,由内向外