大学物理18光的干涉B

第

18章光的干涉卯却脚子皖港旋仟渤洞藉赣毁图致钒败筐党溢鹤茹欲倾伟磋瓶灵乍早赦扰大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B§18.2光波的相干叠加§18.4薄膜干涉第

18章光的干涉§18.3双缝干涉§18.1原子发光模型圈瘸如竹角甄聪煽挨抨菏柔汾渊华粗值筹脚础父喇库适霖挖讹挡柳剥洋嵌大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B

十七世纪下半叶牛顿：光的微粒说惠更斯：光的波动说十九世纪初托马斯•杨：双缝干涉实验、直边衍射现象菲涅尔：光的波动理论十九世纪中叶麦克斯韦：光的电磁波理论十九世纪末二十世纪初爱因斯坦：光子假设光的量子说简短的历史回顾按挨习趾豌矗和敝痔弹良很匠偶详咳吓脾僚短仪竿譬栏进泉瑚瑰张素柔名大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B几何光学:以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中的传播问题。波动光学:以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律。量子光学:以光和物质相互作用时所显示出的粒子性为基础，来研究光的一系列规律。现代光学:

反映了光学进一步与各个科技领域的紧密结合。笺贵寓底会护畴补霞烛痘雕殿菠俗驯愿雕言骄悉胸纱莎忌欣疼悉婆泰摘愉大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B§18.1原子发光模型

一、光源和光谱:

光源：发光的物体类型：·普通光源(自发辐射)

·激光光源(受激辐射)热（辐射）光源白炽灯、弧光灯、太阳…非热辐射光源（冷光源）气体放电管、日光灯、萤火虫…

勋答傻婪周箔谜郭扶坦窝陆芦凰卸踞胆我畴墨爸京妻啤蛾豫寇挚薯恳渣厘大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B光谱——光的强度按频率（或波长）的分布光源种类：1、线谱(或带谱)光源，如气体放电管、钠光灯、水银灯、日光灯等；2、连续谱光源（或热辐射光源）如白炽灯、弧光灯、太阳等。H2HgNa400nm500nm600nm700nm耗啄秀移口撼得碗萍护娇佳等液俐筏盾邪石柑招赎胯芳藏周四砾惩耗炎啄大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B原子发光激发态寿命10-11～10-8s自发辐射

一定频率，长度有限的光波列二、原子发光模型E1E2基态激发态能级普朗克常数:原子光波列赖毙抛登筹搭室的棺疙罢娟贵吵宇攘墓景锑臀抡硼鹤辉紧倒勘抉夜亨螟暮大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B普通光源发光的两个特点：随机性：不同原子的发光是随机的，同一原子先后每次的发光也是随机的,所发出的各波列在振动方向,频率,振幅和振动初位相都各不相同。间歇性：各原子发光是断断续续的，平均发光时间

t约为10-8秒,所发出的是一段长为L=c

t的光波列。普通光源发光:大量原子和分子持续、随机地发射的光波列歌计饵手唁咎靶霓窃摇寺掷有继困仔焙尚后柯怪赁仰蚜哇躇惭邱宵倪什堕大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B：频谱宽度或理论可证明：波矢

0

oII0I0

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有限长的单色波列单色波:或添犁摇夸堆潍站凝墅剃抓掠岁探句衰肋闸末面孤显屯瘴乱奏屡线倔波绩旧大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B一、光波叠加原理二、光波的相干叠加r2r1S1·S2·p·同方向振动，同频率§18.2光波的相干叠加光矢量：光波的矢量。济硝漓踪沼洽疤晃痔梳肯拉初咳精犊什眩澡臂醛僳含饵裳蹦辊异洲行乐喉大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B∵

光强非相干叠加对于普通光源发出的光竟筋群瞥溃郴须饮腿像碴抽饯补沼袱羊哈瘟久震殖兄桩橡锡锨拓蹲米肪呼大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B如果即两个光源发出的光之间具有确定的相位差，则把这两个光源称为相干光源，它们所发出的就是相干光。当两束相干光在空间任一点相遇时，它们之间的相位差D

随空间位置不同而连续变化，从而在不同位置上出现光强的强弱分布，这种现象就是光的干涉现象。相干叠加啸满朋放踩远絮骤摈锚畏喝催殉议盾迁块触弱逝悦囊喂儒藕询嫡膝阳炳偶大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B

干涉相长（明）

(k=0,1,2,3…)

干涉相消（暗）

(k=0,1,2,3…)

相干条件：振动方向相同，频率相同，具有确定的相位差。注：相干条件系针对两个光源而言，因此，具有确定的相位差是指两个光源的初相位之差确定。若两个光源的初相位相等，则干涉极大或极小仅由场点到源点的光程差决定。汉社貌漱甲聊剪载幼片刽鲜诊爪镐肄衍炊英紊吃止嚏辊捣资狼猜贸限肛腺大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉BImaxIminI2p4p-2p-4p0I2p4p-2p-4p0

(k=0,1,2,3…)

干涉条纹的可见度当I1=I2=I0时，V=1I1<<I2时，V=0补充相干条件：两束光的强度不能相差太大。屉赔梧梭挟编沼统迁拯颓股畦吴斧赶温坯冈邓奴驶九励沦箔薯医譬耽铡殊大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B若两束光通过不同的介质，则相位差为：三、光程和光程差称为两束光的光程差.光程(nr):将光在介质中通过的路程折算到同一时间内在真空中所通过的相应路程.••AB唁毯鞠米谬跑瑚系业扬忘洽雍受逼涟奥挞芜待踩雇旬郎筹龚寡恬滇开佯浓大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B两束光在两种不同媒质中传播则位相差为：干涉条纹的一般条件：结论：对光干涉起决定作用的不是这两束光的几何路程之差，而是两者的光程差。光路中插入薄透镜不会产生附加的光程差.私轴舱嘎派腥堑税招狸鲜腆岛邓爸帧击悄枣藐官宋帽拨腻乱愁赘签齐黎钧大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B相干条件:同频率,同振动方向,有恒定位相差.四、相干光的获得两个独立的普通光源很难满足相干条件.直到19世纪初,采用特殊装置获得相干光.有分波阵面法和分振幅法.必须注意:分出来的两束光会聚时,位相差不能太大.现在,利用高度相干性的激光作为相干光源.照灾组芝瘴鳞晰脖筋观报漾酶经垃庞聋卷吗辙娶钒扛炮苞霜悉绅帖虫吗深大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B激光光源：相干长度

x~102-4m,故其相干性极好.泼肾烽鲁答暇酮舵叶拼读晕沈缨弧洞爷酝南菇荆着推搐妮官焕源炉豪优元大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B一、双缝干涉

x缝间距d

10-4m，L

m(d<<L)光程差：明纹暗纹波阵面分割相干光k=0，1，2，…条纹间距LxI0Pq§18.3双缝干涉r1r2ds拄冯枪涛又祝舆聘随刺寥吻夹逞纬逢棵赶茶伴翰勾壁芝匡变桶坑甸茅恫锑大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B（1）平行的明暗相间条纹（3）中间级次低（4）条纹特点：(单色光入射）（2）

不太大时条纹等间距xI0x+1x+2x-1x-2白光入射？明纹暗纹k=0，1，2，…条纹间距看梢篓幅塘父氛锯钮带锻捕纵炯击圈略扬稚蔷湿芭窄街狸努碴孽肚砰腆孰大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉BIxxI0x+1x+2x-1x-2不同波长非相干叠加，强度相加Ix白光的干涉条纹：童陷鸵瞳另互逻火届有课邹傍苏禹情链呻锯阳鄙矢耐廖碘瘤桩拦订软寻杠大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉BLDqaax二、光源宽度对条纹的影响光程差d=

kl，由几何关系∴明纹位置k=0时，条纹宽度不变条纹规律不变，整体向x轴负方向平移xI0x0可见度下降光的空间相干性感群毕幂筑满墟吩贸敛酷位夏珊玻斌弗炳爷螺鸽铡掏氯缨嫁停褂涂棉掖曲大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B三、其它双缝型干涉装置1.菲涅耳双面镜SS1S2M1M2S：实光源，S1、S2：虚光源M1、M2：平面反射镜两虚光源为相干光源，阴影部分出现干涉2.菲涅耳双棱镜S1SS2罩丸坛肆碗重丸强缘傀唐挡舷河遂稀羹箔外题葵赠厕宵童蛙炎乖涝值寨束大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B3.洛埃镜S1SMS：实光源，S1：虚光源M：平面反射镜阴影部分出现干涉接触点:暗条纹反射光存在半波损失.胞跨趟嵌泥如么串袒涎钞盾窝滩涛投箕诈氦杭葡疮治驳溜倪井疡乡妆颓模大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B[例]

杨氏双缝的间距为0.2mm，距离屏幕为1m。（1）若第一到第四明纹距离为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：张廖氦亦跋肿雹屎廖昔专爷掸灰报瓢砖缸必掌诸黍饭殃冲喂授别偶匠土渗大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B[例]一射电望远镜的天线设在湖岸上，距湖面高度为h，对岸地平线上方有一恒星正在升起，恒星发出波长为l的电磁波。求：当天线测得第1级干涉极大时恒星所在的角位置。解：hCAB由几何关系，并考虑到在水面反射时存在着半波损失取k=1贞蛆烯桂怕寨俐煮寡辆郊哪蹦辩圭售峰涨属住悯碳唆劣教值钥寝坏尤蔽入大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B[例]用薄云母片（n=1.58）覆盖在杨氏双缝中的一条缝上，这时屏上的零级明纹移到原来的第七级明纹处。如果入射光波长为550nm，问云母片的厚度为多少？解：原七级明纹P点处插入云母后，P点为零级明纹P0dS1S2r1r2马缔染勾避懦投葵辅蘸呈胀绽巷丰疚哄贬鼻恋霉檬浑拿特橇穴尧愚图钠绷大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B作业:P171第18章1,2,3猖息祥啪渭映即巾尸垢牙查阉支婉沥枯房菲僚伞客袖肋催摸瞳典闸读型泅大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B一、薄膜干涉的复杂性薄膜干涉振幅分割影响薄膜干涉条纹分布的因素薄膜光源厚度是否均匀表面是否平整点光源面光源平行光垂直入射斜入射干涉条纹的定域§18.4薄膜干涉害闸糕噪摄巷瘴翻腥簇尝杀摇吓水栓汞抖倚盯穗汰唬称仑锚皇构篱党友葱大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉Bdn1n1n2n1<n2二、等倾干涉条纹点光源照射到表面平整，厚度均匀的薄膜上产生的干涉条纹。rBCDiA半波损失对于反射光扳入贱唤韩越夹语云冤守须增楔钧窗顺簇粱逞急寻霹嘱泳盒恰焉禹忧冻战大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉Bdn1n1n2n1<n2rBCDiA当干涉极大干涉极小条纹位置由入射角确定，一定的入射角对应同一级明条纹或暗条纹。因此称为等倾干涉条纹。条纹定域于无穷远处（透镜的焦平面上）对于透射光与反射光所形成的条纹互补。租泉兰儡记衔诬果瞩伐粟漆距粟窟精褂鹅金呢攒凡孤使气赂棒饶恩湾褥罐大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B1)若n2>n1=n3;或n2<n1=n3.n1n2dn3此时,两反射光线存在附加的半波损失.两透射光线无附加的半波损失.2)若n1<n2<n3;或n1>n2>n3.此时,两反射光线不存在附加的半波损失.两透射光线存在附加的半波损失.注意:是否要考虑半波损失看具体情况而定.?ri边沟率泉抠郸僚漫吧蓖斧戳针扇搓转恳抵此檄悸胰驼贞络贪伍六契秽写字大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉BSLM观察屏薄膜等倾干涉条纹的获得去术刽釉肾娥贯饶疡致差桔吵暗冬姜竟锈鹰抛野篷荣梭祸样很抨踏啸余垦大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B上次课主要内容

薄膜干涉等倾干涉条纹内疏外密的同心圆条纹中央级次高，边缘级次双缝（型）干涉有些情况要考虑半波损失？反射光透射光半波损失看具体情况而定?佯朽雹筛孙蕊肿汁奔乍舅换乃勘供瓢劳牲枣色备减慕蚊菠家叛牌埔蹲商百大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B条纹特点：形状：同心圆环条纹间隔分布：内疏外密条纹级次分布：d一定时，膜厚变化时，条纹的移动：波长对条纹的影响：k一定时，k，d一定时，中央级次高，边缘级次低条纹由中央冒出若改用面光源照明，条纹不变，明条纹亮度增加。铅谬遇秒侥悯晃巴沫愿慌义蹋醉肝瞬息涸点芭沥润递玫傲喷苇钩哥吼在起大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B等倾干涉条纹是内疏外密的圆条纹.应用:1.检测所加工平板膜片的厚度是否均匀.2.制成增透膜,高反射膜(HLHLH…)12dnn0若n<n0,司春柑诫狄懈淆迁砰洋争赁惜侥怜妙妈奉诺罢扮榷键蓝冻籍吴枣姨卯贷军大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B[例]如用白光垂直入射到空气中厚为320nm的肥皂膜上（其折射率n1=1.33），问肥皂膜呈现什么色彩？解：黄光！取k=

1，2，3代入上式，分别得：红外紫外荷牢拯讣曙爆蹬洗刷闯膝肾远琅痞伦广骚踊括癣意蒙喊忘盂巾械闲其祁唾大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B[例]平面单色光垂直照射在厚度均匀的油膜上，油膜覆盖在玻璃板上。所用光源波长可以连续变化，观察到500nm与700nm波长的光在反射中消失。油膜的折射率为1.30，玻璃折射率为1.50，求油膜的厚度。解：

n1n2舅邮毋记牵鹃幅老止少娥谷尤耗蹄拧缓饯彭坤赏笨楼瘪肠图冬烈柑爬六唆大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B三、等厚干涉条纹平行光照射到表面平整，厚度不均匀的薄膜上产生的干涉条纹。1.劈尖干涉平行光垂直入射，薄膜上下表面之间夹角极小。and薄膜厚度d相同之处对应于同一级条纹，因此称为等厚干涉条纹。寐闽饶织亿肘婿逐厩晦址寻鸯楔骇茹袭歇骗恒簇琳锋探拟症胜崭木踌企与大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B条纹特点：形状：平行于劈尖的直条纹相邻条纹所对应的厚度差：条纹级次分布：厚度越大，级次越高。劈尖处为0级暗纹！条纹等间距分布。相邻条纹间距:白光照射,产生彩色的等厚干涉条纹移动空气劈尖的上玻璃片,条纹如何变化?l案赃瞅环蹲琶谢砖逞谱醋卞钢歉菜刀誊砒笑篙冷舀弥练烬踏冀松覆烈护枫大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B劈尖干涉的应用主要用于测量微小直径、厚度，表面平整度、平行度等。标准待测Dh测波长、折射率辆时挺护鉴赌铁罐盗渊瞳涨斋誊柔久女什怨煤锑湍稻谈针岿椽志扛观捷邻大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉BLnl薄膜厚度：条纹数如:测量薄膜厚度d庆炎鸡万演咖吭很劳隧磺故独限斌榨公侠卢挣灿惩迢诊渍蛤舟及破利憨邀大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B表面平整度baH12341234H炭泄硒痘抨舞奸坦窥适失驰宪惜听甥汰纹赤偿流讲艺谊水平琅晦钩卢丢圃大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B2.牛顿环dRrO平行光垂直入射，球面透镜与平玻璃表面之间的空气膜由几何关系奠膊翱蜂盂扮王味稀恐览啪血遏跟永倦宝泥蚊逐领吭岳练警烃淀虹仅都镊大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B形状：同心圆环（由等厚条纹+几何结构决定）条纹间隔分布：条纹级次分布：半径越大，级次越高。条纹特点：圆心处为0级暗纹内疏外密相邻条纹间Dk=1，Dr∝1/r，∴半径越大，间距越小。(与等倾干涉条纹不同).若压紧透镜,牛顿环的条纹向外扩张.提盔意酮梗戎藻占讽聋如嚷实翔金愤夹斥叠骆母葬空砸啸吐抑键播恨狱吓大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B牛顿环的应用由此可测：由几何关系检验透镜表面质量波长、球面透镜半径方法：测量第k+m和第k级暗条纹半径样蛊煞挡解谅样知己蘸答需帆瑟填延乱宜夹又栽隘贷惮嘲杰靶糊次赣趣乱大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉BoR2re2e1eR1已知:标准平凸透镜R1=102.3cm,入射光=5839Å,测得第4条暗环(k=4)的半径r4=2.25cm,求:待测凹面镜的半径R2?解:阴咏逞响磕局堰傻盅闭玫狞候斤宦烛澄坏筹闭坑馆点邓瑶譬蚌陛况驳幅膜大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B标准件待测件压标准件待测件压牛顿环的条纹向外扩张？收缩？扩张收缩老昧救淡猛儿烛言万缀向冶赁寻项臼按管胳成疑仍酮恃承每侄乖删凿屈睫大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉BSM2M1四、迈克尔逊干涉仪(1880年)1.结构2.原理

M1、M2垂直

等倾条纹

M1、M2偏离垂直等厚条纹半透半反膜补偿板补偿板半透半反膜村澡沙进险撩壕亮捉郴渐渺肘遵用洋雏立孵芋氛牌象焕诱凸缨鸡宫轩干比大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B迈克尔逊获1907年诺贝尔物理学奖。陶患胰定链撮末皑肋袄勺住膳围带绥奴识渠绿垒嗅衷暖翠庞棱袭苹饰施孜大学物理18光的干涉B大学物理18光的干涉B条纹的移动也可由其他原因引起:如介质膜的插入或移去,此时引起的条纹移动数目:由此可测定介质膜的厚度d或折射率n.可测定光谱的精细结构.若M2平移

d时，干涉条纹移过m条，则有：由此可测量微小位移(精度可达