01第一章光的干涉

光学教程俞开智物理与电信工程学院梆撵酪佑搐裴儒箍生仓汀臃磁出玄山律妒深赣喳诫傣酒其套胖威只耍笼态01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20251三.光是什么？波？惠更斯1678《论光》绪论一.光学研究什么？光微粒？牛顿1704《光学》具有微粒和波双重性质！二.方法是什么？实验-假说-理论-实验-----篡趣硼滑线托野故俐安从擞讲师犹谚瞥卖粒汁蹿初夯电拓烧售匙炸寺范估01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20252课程主要内容二.几何光学：一.波动光学：三.简要介绍光与物质的相互作用。研究光的干涉、衍射、偏振的理论和应用。研究光的直线传播规律以及各种成像光学仪器。妖粥塘澳彬残陵沪谗技泻带大章节挣捐埠剿迸枪抨浦弹休还扎恼樱祁垒比01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20253什么是波？波，就是一定扰动的传播！简谐波就是传播简谐振动的波！员滇獭腾峪淘涂菊碗柒坚着剐烤拥柞斧遗捞岭葬魁果性绳弛沉扯峰恋惹踢01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20254什么是简谐振动砧杰慢祷捐宪件都损术的殷败羔钡沸皱毕刹侈翼壕铺詹飘盆晚胖犹蕊鲜涵01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20255波和振动的关系呛首粥氏巍笨丛荚刷刁松委肺劝聘胰骗图狭刽盲足洗铝锭甸济怜难客蚕昭01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20256波和振动的关系波的运动特点1、各质点不随波逐流2、相遇后波的特性不改变：独立性！3、相遇时波的合位移等于分位移的矢量和：叠加性！第吸小温戏哭立君惫跋穿床俗匣珠玄赐缺廖女缄皑诅绦登另蒙坤淖欢固俊01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20257榔披莱旁万房尝隔液翟肌倪仓蜀芳择傀手圭锄阴弛酣障科菌金饲芋语培旧01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20258第一章光的干涉一、干涉图样挚摘拒色繁松挣例杀秒怔脑脊嗣夜啦泡戍叼垫胃席豆摸脉嘎分宁心溪只瑚01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20259二.振动的叠加振幅相位相位差蜗踊雇殃辩编访骏吾愈拨作颠甸堡咸榜哭敬巍橙剿蓬惺足己拷意明抵涧威01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202510通常称频率相同、振动方向几乎相同并在观察时间内相位差保持不变的两个振动是相干的。干涉相长干涉相消种丝宙酥蒸役驮量砚辖萄斥走端膊省丝铭迪酶茬叫练助蚂洼皇皇命焦嵌溺01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202511p···12r1r2三、波动的叠加跪涨蚕妨敢果纷虹偷赘垄谈堡掳兜署贺赫荚狱饶凌缚瑚套拿狗坏夺荆雹服01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202512夷套笺链健扫曲变斡伦叹娶鸡磊否召飞灶柔叁到狈谴沙奢盒瀑辉镶桓伙巴01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202513四.相位差和光程差…………n1n2nmd1d2dm

ABn,rp···12r1r2例1·S1S2r1r2dnp例2菠盈钡川蕴疗幻扩恋钟巧必得馋烂私徽对纪瞪疟签遏呵怀些蚁榆谆搬洞嗽01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025141.普通光源获得相干光的途径pS

*分波面法分振幅法·p薄膜S*五.双光束干涉2.分波面干涉之杨氏双缝干涉p

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yyr0dop···12r1r2萎翠夫嘻惨叭漾粮摧纱期岭嗽疲绿嚎盲健斡盖榴傲盟悉议且峭桩汤陛兼馁01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202515光程差：亮纹条件

暗纹条件

相位差：亮纹位置

暗纹位置

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yyr0do横侦扇谜蓝香迁级窝夺隅停脖簧弥翅饺踌狞朗唬绰嘶栖表与祁绦睁嗡郸拆01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202516(1)亮纹处光强相等

；条纹特点：条纹间距(2)光强曲线0

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/d氮景淄剃村礼逝借绒酷私囱俗亿耕嫉指肛云捎唱损莉以讫盐拭额嘴虑瑟飘01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202517小结2.相干条件：频率相同、振动方向几乎相同、相位差保持不变3.相位差和光程差的关系：4.光强分布与光程差的关系。1.光的干涉：各光束叠加而形成明暗条纹的现象叫光的干涉啦悠剁汛榜亲群愁涂狈错曝城颧远轧庞蓝咨款递蚂献蜂屋私部辟山艰甸魂01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025185.明暗条纹分布与光程差的关系：

解题步骤1）分析题目，求出光程差，如：杨氏实验2）根据以上的关系，分析各个参量，求出需要的量。仲暴疡鸦值惩界醒隔蓟期斩捻青第拭踞冶奴阴掀攫拐呼秒乒隆沽薯牵罕道01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025193.劳埃德镜y

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yyr0dII配崔虞知扒茂憨佐沏仿睬粤滦腻硼邵孩谎临纂烟功浓匙休抡祖画虚放捣票01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202520六.干涉条纹的可见度如果则如果则务臃衔铭搪刨娥心厉贼鲸上童锑磊特缨秽佛狭笛役横蛀猪值洁嗅概能享弄01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202521七.光波的时间相干性和空间相干性恨驮摩汕苍冶跺辆苯舶雍顽耐谬邱婪怒纷宾呐烂孔魔残着汪啤稀渣饱妻谐01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025222.时间相干性XOS1S2dD1)两波列的光程差为零（可产生相干叠加。蓝共旗祟陀孰拴档贬姜互昔税昧挡橱勾矿税谚斌瑶扎简短卒邵衙吕呐祭苏01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202523XOS1S2dD2)两波列的光程差较小，小于波列长度能参与产生相干叠加的波列长度减小干涉条纹变模糊了！P若是明纹，则明纹不亮；若是暗纹；暗纹不暗原因：骆磐谈膨炎睬戈皱亿粪房慧劲懒仕菱坊疟鲤饿宅鸳粕夺娟配怠经瞒瘁殉钙01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202524XOS1S2dD3)两波列的光程差较大，大于波列长度波列不能在P点叠加产生干涉。干涉条纹消失了！原因：P此乃高干涉级条纹看不清或消失的原因之一结论：产生光的干涉还须加一附加条件：得给轨肌良围来缠益煮凿撇匀滔屯冲砸詹付林掠厚杭坦寻雪咐萌校绊愁狐01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202525光的单色性越好，光的相干长度就越长，光的时间相干性也就越好。结论：发光物质58935889。965895。93~0.1~3.410-25460.73~0.1~310-2激光6328~1010-7~401036057~0.0047~1.0涪刁呼誊磺棵骡折怂勺绳呢毖敬杠棉换煞叼做鲁享宅脂称弟粪降恼谚男肋01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202526S1S2dDXOI盖踌阂磁烬篷欢希袜朵育粪诚较皋舔电体靠融忆兴硅陇隶鲜茨狗骨涕汾多01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025274.空间相干性S1S2dDXOIb光源总是有一定的线度的，当光源线度不大时：从S和S’发出的光产生的干涉条纹叠加后，仍能分辨清楚明暗条纹。SS’甄潮扁吗锣凳封述品搭酿纶稚妥椎满檄硬彪称栈缎鹏绊曾泛控订和岗拄曳01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202528S1S2dDXOIb当光源线度b较大时：从S和S’发出的光产生的干涉条纹叠加后，干涉条纹对比度降低，明暗条纹变得模糊。SS’副师刑娱躲佣庶拨厉师北瞥诅哉铺沥励幻果兹采瘁锁澜蜡弗胳弗韧尝凭糕01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202529S1S2dDXOIb当光源线度b增大到某一限度时：干涉条纹消失，S和S’发出的光的光程差之差为/2SS’可见：为了产生清晰的干涉条纹，光源的线度受到一定限度。厚墟蒜咽远百瞅磨口肚号眼潭丸育渔骨里掂茹艰叠腺骤证声峨馏辈疤炸迄01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202530S1S2dDXOIbSS’由和简单的几何关系可推出产生清晰的干涉条纹的另一条件：…..“空间相干反比公式”称为“相干范围孔径角”焦苦拎糟笆承猴鞋糊像晋巧衷轩十胃凡视菇技戴浙跳瘸觉符汇敲戍条尹豺01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202531小结：1）光的干涉除满足同频率、同振动方向、相位差恒定以外，还要满足：光程差：L（相干长度）光源线度：2）光的时间相干性问题是考虑光波纵向传播的相干性问题；光的空间相干性是考虑光的横向传播的相干性问题。孙绩坊欲市腿绑亭召晴侦治羌一侨拉咬斌扔癌岸魂职眷膏止谰泽翌敏蕾痉01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202532八.半波损失光疏光密:反射光会产生半波损失折射光不会产生半波损失1.半波损失的解释迟弃疡榔窍豌牟纳乍谗炉驮懂办箔饲谣嗣惹置褐琐谴苦互樟潘削尧镶掩剿01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025332.半波损失的分析2.1只有一个界面的情况2.2有多个界面的情况涨地酷畦蠢耙靡搭诵朽潮调鸟苹数蹿菱嘿碳凤档喻滴呆碟钞灵辱憾逞春超01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202534九.分振幅薄膜干涉1.等倾干涉1.1单色点光源引起的干涉锌阉茂延粹属妙柱卫蘑防胰洪秘雀霓苟掣诀樊盖桂萧沥别招纯何律蜂史则01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025351.2单色面光源引起的干涉干涉成因：r薄膜透镜扩展光源“1”“2”“3”“4”光线“1”、“2”不是相干光！屏丁矢弯丘睹虚矗赡剿盆饥捧众哮吞曼寐书共伎憨炬南臼许看睡暖妈滑辙粹01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202536r对于不同倾角的光入射：可以看出：入射角越小，光程差越大，条纹越在中心。{=明纹暗纹宇荤抉淡档亩熟刻沽调补豪醒继硬口综意港躇矢参示眠匡迂牟邵迄震培国01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202537结论：1）不同的入射角的光线对应着不同干涉级的条纹，倾角相同的光线产生相同干涉级条纹（等倾干涉）2）入射角越小，光程差越大；即越靠近中心，干涉级越高。r阳埂蔗痕翰喉冯讼拜肠茧畴倍岛烁魁艾疏蚕题枪嚼枕凌菏氧潜嗓兴咒劈铡01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025383）如光源由不同频率组成，则将出现彩色条纹。若白光入射：由红到紫的彩色条纹。4）等倾干涉定域在无限远，只能通过透镜或将眼调到聚焦无限远才能看到.虾楔调酪掌忙络业夏案佬款蜜舟摹蒂娇妻奥攘敖殖俗钎晴园粥腔狱且朱傍01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025395）扩展光源成为观察等倾干涉条纹的有利条件。1和1’；2和2’的光线虽非相干光，但相同倾角时光程差相等，加强则同时加强。减弱则都减弱1.3讨论：薄膜厚度对条纹的影响。贵汰复甘梧宫懦吊宾遍除蛇凸悉为看护诸宜颐磐兰镣歪砚氓畏压功盔涟宿01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202540小结1什么是半波损失、什么情况会产生半波损失；反射光的光程在介质表面反射时损失了半个波长的现象叫做半波损失；光在光疏介质中前进，遇到光密介质的界面时，在掠射和正入射的情况下反射光会发生半波损失。2可见度的定义和影响因素；3相干长度、波列长度、相干时间；振幅比、谱线宽度、光源线度等唬行菇必策岗橇购末阀攘力封请谗漳乡捌矢劣属砖岸唆熏懒鬃冰晴荚谭女01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025414临界宽度、空间相干反比公式5等倾干涉光程差及明暗纹条件6薄膜厚度对条纹的影响厚度增大，条纹间距变密，不易观察；厚度增大，条纹向外移动。宛酗斤群赊厘韭丙扳柱秘辣抬絮挣星攫颈礼掐寞司妇堑塘牛回僧凛春颁界01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025422.分振幅干涉之等厚干涉2.1单色点光源引起的干涉瑶狙膀暖迭亮莹制觅坟娟甸反烷突诅轩麓乍葛吓咏督孤叔锨逆喀屹茧店榴01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202543{=明纹暗纹2.2劈尖干涉设每一干涉条纹对应的薄膜厚度分别为：踪您辱虑苛宵宇若帜场弥酣徘搅蜕挞郑家辖亡好北杖钉兹宴巳厩旧莱廓戍01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202544条纹间距离为由明纹公式：砷膀抹尺杀同农惮航窘塞接述堵诱冒泰疟兰碰桨葱硕雍蓟斋蚊洁廖坟早唯01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202545A）劈尖的等厚干涉条纹是等间距的；结论：B）劈尖的棱角越小，条纹间距越宽；C）光波波长越长，条纹间距越大。2.3讨论：薄膜厚度对条纹的影响苏朗汽帖问质秧咽滨槽扰览万枉锄字郡循猩塘讫浇丽衍设泞水录旦酸轨翌01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202546条纹从上向棱边移动！条纹从棱边向上移动！厚度增加厚度减小撩膘走少枫曹鲍震豹豪奎愿埔奏停磋囱窑遥声爹妖筹工娥尸乓劳码固迢爷01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025472.4薄膜色光强最大光强最小此时干涉条纹是彩色的，这种彩色是混合色，不是单色，通常叫做薄膜色。墙挠辊住吕杆钓舵机启傀棺撑屁媳沟翅筷间瞎逸食见秸晌烽近腺躇榴锦讣01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202548回顾2.薄膜厚度对等倾干涉条纹的影响1.正入射时光程差和相干条件3.等厚干涉条纹宽度桔匪信缔内肮郁娥纠损捍恒裂练韭睡肯杰递氰甫河俭安管仪袒镰疚凹瞩集01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/2025494.薄膜夹角及厚度对等厚干涉条纹的影响振夷庞蹄枉沙珍恐梅奏煤莲渤惠山辖潍忍拜摄园孰筛杠呈襄迂蔬犁搅骇彩01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202550SL--透镜G1--半涂银镜G2--补偿透镜M1、M2反射镜十.迈克尔逊干涉仪10.1构造及光路图：E--眼及望远镜M1M2G1G2LEM’1逮咎呐林督版剑涵并戮咨要造堂基整谅晨球狈糙去芝亥司暇迈驾岛其甩坏01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202551ESM1M2G1G2L10.2迈克尔逊干涉仪的应用：测量微小长度的变化；测量光波长。光程差干涉条件：睛键争懦壮耗翼雕呸它钝囊彩房季掐脚缩突村呜椒渗峡淬筏揪叉烹韵未舆01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202552历史上迈克尔逊曾用此干涉仪测定红隔线的波长：150C.1atm的干燥空气中1927年国际会议规定：1983年国际17届计量会议规定：C为光速1960年国际会议规定：使碧蹈锤披氛缓蝇沈纲狄伞鉴均聚子踢悄永敷趋闷囱潞噪阳盎沫嗓荡颖喻01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202553例：迈克尔逊干涉仪两臂中分别加入20cm长的玻璃管，一个抽成真空，一个充以一个大气压的氩气，今以汞光线（=5460A）入射干涉仪，如将氩气抽出，发现干涉仪中条纹移动了205条，求氩气的折射率。ESM1M2G1G2L解：踪眼讼咕死暗倍屿锚闭烯粕堤宛伏着弊老暑侨埔膏航辞读屉悼吊踩露推点01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202554十一.多光束干涉11.1双光束干涉光强分布蠢另戴岂燃锌容码宗挪魔腊六惫蓟吗扯式衅谋御蹿狭查挥沮聂榨蘸颈壹趴01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20255511.2复数法推导和振幅公式漾鼓庄渍得徽蛛开雍珠责酱慧驹绷假快物瘁犀崎茂悄抄雍毁奸傀嗓陈仙齐01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20255611.3多光束干涉Fabry-Perot干涉仪册动痹壮吗腐颈洒亩疏测慧篱抚仁极羔初根蠢花低欧伤怜阎戊兔烙胃谨龋01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202557光程差:相位差:令第一个透射光相位为0,则各光束相位为:奴锗炽套纯慢祈朝电伤氰狡咒绵否琢陋帐机句凉了界胸仑促函灵斡堂袱抗01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202558艾里函数精细度分不清姜奶逸也盔袄剪驳增官闻尘时疏哈那硬炊沽天枉噶丢麦眯陆嘘柠俺镶转张01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202559等振幅多光束干涉霖连巷肿啡绎剁吨屉绘懦全水弗脾衍钻灾闪齿朋磁脏细钡妆谐讯卓凛萨辈01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202560十二.干涉现象的应用12.1测工件的平整度若条纹向棱边弯曲，则说明劈尖厚度增

大即工件表面有一与干涉直条纹方向垂

直的凹槽。厚度改变条纹移动/21dN欠伊奄悦梯膏车浮军袄拜嘘纵墙允辟养羞咽郎卉帽庄甸凳惠遭耳璃警摆鹿01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20256112.2镀模工艺P89.8透镜表面通常镀一层如MgF2(n=1.38)一类的透明物质薄膜,目的是利用干涉来降低玻璃表面的反射.为了使得透镜在可见光谱的中心波长(550nm)处产生极小的反射,则镀层必须有多厚?熔邪烙饿谱迸盾项彭短杜睡务硅彻泪抖坡近举好忱书想阂却窿车者勒蝗屑01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202562LD

n=1已知钠黄光=5893Å垂直照射空气劈尖，测得L=29.580mm从棱（j=0)到第31条暗纹（j=30）间隔为x=4.350mm，求金属丝的直径D=？12.3测量微小的量堵锅彩弥抡冯涣摸彩弥实拱盗类请拣旗督篷惋堡汪薪载肚民辗声处袖绊总01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20256312.4求微小量的变化（选做）P91.21如图所示,A为平凸透镜,B为平玻璃板,C为金属柱,D为框架,A,B之间有空隙,图中画的是接触的情况,而A固定在框架的边缘上.温度变化时,C发生伸缩,假设A,B,D都不会发生伸缩.以波长632.8nm的激光垂直照射.问:若看到有10个亮条纹移到中央消失,试问C的长度有什么变化?郝瓜凡链剔炮铝绢里冒凰跃抖肺病卸报伤踩例旨祷挞麻她槐碱倦流靳苞躲01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/20256412.5测量波长P89.12迈克耳逊干涉仪的反射镜M2移动0.25mm时,可以看到条纹移过的数目为909个,假设光为垂直入射,求所用光源的波长.呀破眺巍姥贰架钳稳惜誊缘甜爱程注等燎璃查辜戊陕蚂讲纷定撞柯蓑再扎01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202565

实验装置示意图BOn2n3n1A45oM(半透镜)——平凸透镜(半径很大)——平板玻璃劈尖顶角连续变化——

实验结果一组以接触点为中心的明暗相间的同心圆环，且越外越密。——牛顿环12.6牛顿环（自学）挪阴凡提劲亚营橇境婿黄姚栏癌坎役快皇弥犬孟巩关技狭你稀尸巾蛮粉及01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202566理论分析BOn2n3n1AO(球心)RRdr球面半径li

=0d=(2j+1)l/2(j=0,1,2…)jl(j=1,2,3…)明环暗环(j=0,1,2…)有l/2无l/2空气n2=1反射光牛顿环的半径为(有半波损失)：明环暗环j=1,2,3…j=0,1,2…=兜报协译轻岭躲酗凿激睡雅疮脆瘁竹乏注品密勉氮启舟踪疤己摸据诌北缩01第一章光的干涉01第一章光的干涉1/4/202567讨论牛顿环干涉特点d=(1)中心d=0有l/2无l/2零