光的干涉课件

光的干涉光的干涉光的干涉interferenceoflight光的干涉光的干涉光的干涉interferenceof1光波光波光矢量vme1OE光振幅光波是电磁波I2Eo同一媒质中的相对光强sEH光波光波光矢量vme1OE光振幅光波是电磁波I2Eo同2可见光760400630600570500450430蓝红橙黄绿青紫真空中波长(nm)频率(10Hz)147.503.955.004.765.266.006.676.98可见光波段可见光760400630600570500450430蓝红橙3常用单色光源632.8656.3486.1589.3546.1氦-氖激光器钠灯汞灯氢灯常用单色光源及波长(nm)常用单色光源632.8656.3486.1589.3546.4光干涉的必要条件相干光频率相同振动方向相同相位差恒定P原子自发辐射的间断性和相位随机性,不利于干涉条件的实现.光干涉的必要条件光干涉的必要条件相干光频率相同振动方向相同相位差恒定5相干光来自的光为s12s相干光(满足光干涉条件)来自的光为s12s非相干光(不满足光干涉条件)无干涉现象有干涉现象s12s相干光与非相干光s12s相干光来自的光为s12s相干光(满足光干涉6光程媒质真空光程光程差与相位差oln1n1lncnvllnlvcnlnlLln相当于在真空中走多少路程？Lln光程光程媒质真空光程光程差与相位差oln1n1lncnvllnl7光程差与相位差SACLlSBCLl1++3lnl+2l4l)光程+l1+3lnl()12l4l光程差d相位差2rjpldABCllnSl14l3l2l单色点光源光程差与相位差SACLlSBCLl1++3lnl+2l4l)8透镜无附加光程差FACBDEOrj0d0LABFEOFLCDFL即各路等光程平面波球面波会聚ssACOrj0d0ssALOssLCssL即各路等光程球面波发散会聚球面波理想透镜不产生附加光程差透镜无附加光程差FACBDEOrj0d0LABFEOFLCD9续9ndsolABs未插入媒质时，三路光线的光程相等n插入后，经的n一路光与其它sAs两路光之间的光程差均为dd()1n相位差为2prjld()1n续9ndsolABs未插入媒质时，三路光线的光程相等n10分波面与分振幅分振幅法薄膜单色点光源分波面法获得相干光的两类典型方法分波面与分振幅分振幅法薄膜单色点光源分波面法获得相干光的两类11杨氏双缝干涉lx1s2x1s2s分波面干涉oIxrxx两列相干柱面波的干涉一、杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉lx1s2x1s2s分波面干涉oIxrxx两列相12条纹间距关系式s1dls2sDdr1r2xoXd12rrxrxrxrlDd条纹间距d++2lk()12()12k0,,x+2l+k()12Ddld+k()12k0,,xl+kDd干涉条纹间距与xrlDd的关系ddxD条纹间距关系式s1dls2sDdr1r2xoXd12rrxr13洛埃镜实验1W二、洛埃镜分波面干涉2WXMDdxrsWlsX半波失损ldxrD

紧靠镜端处总是产生暗纹，说明在镜端处反射光与入射光的相位差为，相当于光程差，称为半波损失。p2l洛埃镜实验1W二、洛埃镜分波面干涉2WXMDdxrsWlsX14双面镜实验1W21WBXe2dxrrDl三、菲涅耳双面镜分波面干涉sWlldxrD1s2ssWM12Me双面镜实验1W21WBXe2dxrrDl三、菲涅耳双面镜分波15双棱镜实验四、菲涅耳双棱镜分波面干涉WsW1l2Ws1s2ldxrDDd双棱镜实验四、菲涅耳双棱镜分波面干涉WsW1l2Ws1s2l16分波面法小结分波面干涉小结1W洛埃镜分波面干涉2WXMDdxrsWlsX半波失损ldxrDxrlDd条纹间隔Dds1dls2sr1r2xoXd12rr杨氏双缝分波面干涉ddxDd++2lk()12()12k0,,x+2l+k()12Ddxrxrld+k()12k0,,xl+kDd菲涅耳双棱镜分波面干涉WsW1l2Ws1s2ldxrDDd1W21WBXe2dxrrDl菲涅耳双面镜分波面干涉sWlldxrD1s2ssWM12Me分波面法小结分波面干涉小结1W洛埃镜分波面干涉2WXMDdx17分振幅干涉1n3n2n膜层e一、平行平面膜分振幅等倾干涉sPsin传播光程差do21ne+ABBC()1nAD2n2222niisin1n2nsinrBeCABcosrtgAC2erDAACsini分振幅干涉反射光干涉DCAirB分振幅干涉1n3n2n膜层e一、平行平面膜分振幅等倾干涉sP18平行平面膜反射1n2np1n光疏到光密反射光相位有变p特别对正入射空气油膜玻璃2n3n1npp例一:玻璃3n1n例二:空气玻璃2np称界面反射条件附加相位差rjpp0附加光程差d2l2l0相同称附加相位差rjp附加光程差d2l2l00p界面反射条件不同d反射光干涉界面反射条件与附加光程差反射条件平行平面膜反射1n2np1n光疏到光密反射光相位有变p19总光程差公式ld2l+k1k()2明纹暗纹若dod+d反射条件相同2l0不同反射条件2esin1n2ni222+平行平面膜反射光干涉的总光程差总光程差公式ld2l+k1k()2明纹暗纹若dod+d反射条20平行平面膜透射1n3n2ne透射光干涉P平行平面膜透射光干涉的总光程差dod+dsin21ne2222ni+反射条件相同2l0不同反射条件注意判断:d平行平面膜透射光干涉的总光程差dod+dsin21ne2222ni+反射条件相同2l0不同反射条件注意判断:diADCrBErFsin21ne2222ni1nADdo+ABBC()2n传播光程差回忆反射光干涉透射光干涉3nBFdo+BC()2nECECAB其中isin1n2nsinr2nsinr3nsinrsinr3nisin1nBF3nAD1n得与反射光干涉的相同do平行平面膜透射1n3n2ne透射光干涉P平行平面膜透射光干涉21透射附加光程差空气油膜玻璃2n3n1n例一:p玻璃3n1n例二:空气玻璃2npp称界面反射条件附加相位差rjpp0附加光程差d2l2l0相同称附加相位差rjp附加光程差d2l2l00p界面反射条件不同d透射光干涉界面反射条件与附加光程差透射附加光程差空气油膜玻璃2n3n1n例一:p玻璃3n1n例22等倾干涉条纹sin21ne2222nid+dididid等倾干涉条纹入射倾角相等的光线经平行膜反射（或透射），其相干光的光程差相等，形成同一级干涉条纹。iiiisf1n3n2ne点光源的等倾干涉条纹ssii1n3n2ne扩展光源的各套等倾干涉条纹重合（非相干叠加）等倾干涉条纹sin21ne2222nid+dididid等倾23平行膜例一空气油膜玻璃1n3n2n15.01.41.2emn501.哪些波长的可见光在反射中产生相长干涉?2.哪些波长的可见光在透射中产生相长干涉?3.欲使反射光中=550nm的光产生相消干涉,油膜至少该多厚?l白光反射相干光透射相干光算例例平行膜例一空气油膜玻璃1n3n2n15.01.41.2emn24续24反射相长干涉d0+ddl2n2e+0kl2n2ekk1mn070l1k20mn35l2透射相长干涉d0+dd242n2e+llkkln2e()21k2k13k6mn74l2l13lmn820mn4100反射相消干涉e4n2k()21+d0+dd2n2e+0k()21+l2lemin4n2l.982nmk0l550,nm空气油膜玻璃1n3n2n15.01.41.2emn501.哪些波长的可见光在反射中产生相长干涉?2.哪些波长的可见光在透射中产生相长干涉?欲使反射光中550nm的光产生相消干涉,油膜至少该多厚?l白光反射相干光透射相干光3.例续24反射相长干涉d0+ddl2n2e+0kl2n2ekk125防反（增透）膜防热红外线反射防可见光反射防反射(增透射)介质膜应用举例防反（增透）膜防热红外线反射防可见光反射防反射(增透射)26增反膜反射率无膜5%玻璃单层增反膜~25%玻璃三层增反膜70%~玻璃15层增反膜99%玻璃增反射介质膜增反膜反射率无膜5%玻璃单层增反膜~25%玻璃三层增反膜27多层增反膜例题几何厚度与折射率之积令三层分别都满足d+0diiid2l2eliin+k取k1eiin求各层最小值得eiin4l称为光学厚度en,即各膜层的最小光学厚度为4l多层增反射介质膜简例例ddl2ppdle13e2e3n.2234n.1500n.0012n.3811n.223空气玻璃nsz2MgFnszn疏密交替IIIIII多层增反膜例题几何厚度与折射率之积令三层分别都28非平行膜等厚干涉二、非平行膜的等厚干涉竖放肥皂膜空气劈尖牛顿环非平行膜等厚干涉二、非平行膜的等厚干涉竖放肥皂膜空气劈尖牛29劈尖干涉1n3n2nqPdo+ABBC()1nAD2n传播光程差附加光程差d同理判断劈尖干涉的总光程差dod+d2esin1n2222ni+反射条件相同2l0不同反射条件劈尖干涉的光程差slbiDCABe干涉条纹在膜面.劈尖角很小.q很远,很小.bsABBC~~sCsD~~劈尖干涉1n3n2nqPdo+ABBC()1nAD2n传播光30垂直入射总光程差de随变.干涉条纹是薄膜等厚点的轨迹.ld2l+k1k()2明纹暗纹若总光程差dod+d2e2n+反射条件相同2l0不同反射条件非平行膜等厚干涉常用的垂直入射式垂直入射总光程差de随变.干涉条纹是薄膜等厚点的轨迹.l31劈尖等厚条纹劈尖干涉的等厚干涉条纹rlreqn2l两相邻条纹间劈尖的厚度差l2n2re相邻条纹间距rlresinq很小,qsinqqtgq劈尖等厚条纹劈尖干涉的等厚干涉条纹rlreqn2l两相邻条纹32劈尖厚度变化2413500qn2rl247813560062413500不变,改变厚度,条纹整体随交棱平移ql2n2rerlreqsinl很小,qtanqqsin~~re劈尖厚度变化2413500qn2rl24781356006233劈尖夹角变化0qq条纹间隔随而变l2n2rerlreqsinl很小,qtanqqsin~~re0q0qn2rl劈尖夹角变化0qq条纹间隔随而变l2n2rerlreq34劈尖例一玻璃玻璃n2mnl363玻璃玻璃lrqn2玻璃lrlrn21例已知,3.0mmq?求n2充油（）后测得?n2lr2.1mmsinerlrqn22l014解法提要qql2lrsin1.055(rad)lrlrn21.43劈尖例一玻璃玻璃n2mnl363玻璃玻璃lrqn2玻璃lrl35劈尖例二#12#3#4#6#5#暗纹241350k例已知5mnl891n2n3n01.07.61235.ABeAeA求A处膜厚l2nk暗纹e+dd0d2+0()2+12keA,511l4n2elk()2+14n2,920(nm)劈尖例二#12#3#4#6#5#暗纹241350k例已知5m36牛顿环lecORrr牛顿环r暗kRlk8k2130,,,....rR()Re222+R2e+erR222+Re空气膜d0dd+2e+l2暗纹1d(2k+)l2erR22牛顿环lecORrr牛顿环r暗kRlk8k2130,,37牛顿环例题求R?k?rk5+rk已知例在牛顿环实验中l589nmrk4.00mm5+rk6.00mm暗环rkRlk5k()r5+k+Rlk4联立解得解法提要R6.79m牛顿环例题求R?k?rk5+rk已知例在牛顿环实验中l58938迈克耳孙干涉仪分束玻片补偿玻片反射镜反射镜2MM1观察屏入射光线迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪分束玻片补偿玻片反射镜反射镜2MM1观察屏入射39等倾和等厚光路等倾干涉光路2MM12M相当于平行平面空气膜干涉等厚干涉光路M12M2M相当于空气劈尖干涉等倾和等厚光路等倾干涉光路2MM12M相当于平行平面空气膜干40吐级dM11M1M2M2M1MM2与之间的平行空气膜产生的等倾干涉条纹1M1M2ldN若平移d使空气膜加厚时吐出了N级条纹.则1M加厚时吐出吐级dM11M1M2M2M1MM2与之间的平行空41吞级2MM11M1M2Md1M1M2ldN若平移d使空气膜减薄时吞进了N级条纹.则1M减薄时吞进吞级2MM11M1M2Md1M1M2ldN若平移d42移级1M1M1M1M2Md1MM2与构成的空气劈尖产生的等厚干涉条纹2ldN平移d,条纹右移(或左移)N级.1M移级1M1M1M1M2Md1MM2与构成的空气43多个相干点源干涉f多个相干点光源的干涉Pql24135sssssddddddsinq相邻两光线的光程差相应的相位差rj2pld2pldsinqN个初相相同的相干点光源多个相干点源干涉f多个相干点光源的干涉Pql24135sss44主极大与次极大rj2pldsinq相邻两光线在P点的相位差设各光线在P点的振幅大小均为a用旋转矢量法求N个振动的合成振幅大小AqPdql先粗略了解Aq随的变化概貌Nrj2NaaAqrjrj0Aq2arjpAq02rjpAq2a同向叠加（主极大）自行封闭同向叠加（主极大）（主极大）同向叠加N3rjrjAqaaarj0rjrjrj2prjpAqa0AqAqa30AqAqa3自行封闭自行封闭同向叠加（主极大）（次极大）23