《B03.光的干涉》PPT课件.ppt

1、1,光的干涉、衍射、偏振,2,第三章 光的干涉,3.1 杨氏双缝干涉,（Interference of light）,3.2 相干光,*3.3 光的非单色性对干涉条纹的影响,*3.4 光源的大小对干涉条纹的影响,3.5 光程,3.6 薄膜干涉（一） 等厚条纹,3.7 薄膜干涉（二） 等倾条纹,3.8 迈克耳孙干涉仪,3,3.1 杨氏双缝干涉,一. 杨氏双缝干涉(1801),单色光入射,d ，D d （d 10 -4m， D m）,波程差：,相位差：,r1,r2,P,4,明 纹,暗 纹,条纹间距：,5,(1) 一系列平行的明暗相间的条纹；,(3) 中间级次低，两边级次高；,明纹： k ，k =0

2、，1，2（整数级）,暗纹： (2k+1)/2 （半整数级）,(4),条纹特点：,(2) 不太大时条纹等间距；,白光入射时，0级明纹中心为白色,（可用来定0级位置），,其余级明纹构成彩带，,第2级开始出现重叠（为什么？）,（某条纹级次 = 该条纹相应的,之值）,6,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,7,二 . 光强公式,1. 两列光波的叠加,P：,（只讨论电振动）,8,非相干光源：,I = I 1 + I 2 非相干叠加,完全相干光源：, 相长干涉(明),（k = 0,1,2）, 相消干涉(暗),(k = 0,1,2),9,衬比度差 (V 1),衬比度好 (V = 1),振

3、幅比，, 决定衬比度的因素：,光源的宽度,光源的单色性，,2. 条纹衬比度（对比度，反衬度）(contrast),10,三.干涉问题分析的要点:,(1)弄清发生干涉的光束；,(2)计算波程差,(4)求出光强公式、画出光强曲线。,(3)分析条纹特点：,形状、,位置、,级次分布、,条纹移动等；,（光程差）；,11,3.2 相干光,一. 光源（light source）,光源的最基本发光单元是分子、原子。, = (E2-E1)/h,E1,E2,能级跃迁辐射,波列长 L = c,12,2. 激光光源：受激辐射, = (E2-E1) / h,完全一样,1. 普通光源：自发辐射,独立（同一原子先后发的光）

4、,独立（不同原子发的光）,（传播方向，,频率，,相位，,振动方向）,13,二. 普通光源获得相干光的途径,P,S *,分波面法：,分振幅法：,P,薄膜,S *,在 P 点 相干叠加,相干条件：,振动方向相同、,相位差恒定。,频率相同、,14, 三. 其他分波面干涉实验,要求明确以下问题：,1.如何获得的相干光；,2.明、暗纹条件；,3.干涉条纹特点：,形状、,间距、,级次位置分布；,（自学书P128129）,15,*3.3 光的非单色性对干涉条纹的影响,*3.4 光源的大小对干涉条纹的影响,16,3.5 光程（optical path）,一. 光程,真空中：,介质中：, 介质中波长, 真空中波

5、长,为方便计算光经过不同介质时引起的相差，,引入光程的概念。,17,为介质中与路程 r相应的光程。,这表明，光在介质中传播路程 r, 真空中波长,传播路程 nr 引起的相位差相同。,我们称 nr,由此得到关系：,例计算图中光通过路程 r1 和 r2 在P点的相差。,和在真空中,18,二. 透镜不会产生附加光程差,物点到象点（亮点）各,在干涉和衍射装置中经常要用到透镜，,光线经过透镜后并不附加光程差。,焦点 F、F 都是亮点，,说明各光线在此同相叠加。,而 A、B、C 或 a、b、c,都在同相面上。,光线之间的光程差为零。,19,和厚度均匀薄膜在无穷远处的等倾条纹。,3.6 薄膜干涉（film

6、interference）( 一 ), 等厚条纹（equal thickness fringes）, 薄膜干涉是分振幅干涉。, 日常中见到的薄膜干涉：,肥皂泡上的彩色、,雨天地上油膜的彩色、,昆虫翅膀的彩色。, 膜为何要薄？, 光的相干长度所限。,膜的薄、厚是相对的，,与光的单色性好坏有关。,普遍地讨论薄膜干涉是个极为复杂的问题。,实际,意义最大的是厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹,20,本节讨论不均匀薄膜表面的等厚条纹。,一. 劈尖（wedge film）（劈形膜）,夹角很小的两个平面所构成的薄膜叫劈尖。,1、2两束反射光,来自同一束入射光，,它们可以产生干涉。,1、2两束反射光相干,叠加行成明

7、暗条纹。,21,反射光1,单色平行光垂直入射,e,n,n,n,A,反射光2,(设n n ),A：1、2的光程差,明纹：,暗纹：,同一厚度e对应同一级条纹等厚条纹,实际应用中大都是平行光垂直入射到劈尖上。,程差可简化计算。,考虑到劈尖夹角极小，,反射光1、2在膜面的光,演示,22,条纹间距：,又, L,23,等厚干涉条纹,劈尖,不规则表面,24,白光入射,单色光入射,肥皂膜的等厚干涉条纹,25,光程差：,(1),(2),暗环：,条纹间距，,内圈的条纹级次低。,二. 牛顿环,26,明环半径公式,思考, 平凸透镜向上移,条纹怎, 白光入射条纹情况如何？,（自己推导）,牛顿环装置简图,样移动?, 透射

8、光条纹情况如何？,27,白光入射的牛顿环照片,28,三. 等厚条纹的应用,1. 劈尖的应用：, 测波长：已知、n，测 L 可得, 测折射率：已知、 ，测 L可得 n, 测细小直径、, 测表面不平度,依据公式,厚度、,微小变化：,29,2. 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,已知 , 测 m、rk+m、rk ，可得R 。,已知R，测出m 、 rk+m、rk， 可得 。,依据公式,若条纹如图，,说明待测透镜,球表面不规则，且半径有误差。,一圈条纹对应 的球面半径误差。,30,如何区分如下两种情况?,31,一. 点光源照明时的干涉条纹分析,L,P,0,r环,r,A

9、,C,D,2,1,S,光束1、2的光程差：,得,膜厚均匀（e不变）,又,B,32,或,明纹,暗纹, 形状：,条纹特点：,一系列同心圆环,r环= f tg i, 条纹间隔分布：,内疏外密（为什么？）, 条纹级次分布：,e一定时，, 波长对条纹的影响：, 膜厚变化时,条纹的移动：,i相同的光线对应同一条干涉条纹 等倾条纹。,即倾角,33,二. 面光源照明时，干涉条纹的分析,只要 i 相同，都将汇聚在同一个干涉环上,对于观察等倾条纹，没有光源宽度和条纹 衬比度的矛盾 !,（非相干叠加），,因而明暗对比更鲜明。,34,观察等倾条纹的实验装置和光路,35,等倾条纹照相,（自学书P150P151例3.7）,36,3.8 迈克耳孙干涉仪 （Michelson interferometer）,一. 仪器结构、光路,二 . 工作原理,光束2和1发生干涉,若M1、M2平行 等倾条纹,若M1、M2有小夹角 等厚条纹,M1,2,2,1,1,半透半反膜,补偿板,反 射 镜,反射镜,光源,观测装置,则有：,补偿板可补偿两臂的附加光程差。,37,演示,38,迈克耳孙干涉仪,39,迈克耳孙在工作,迈克耳孙 （A.A.Michelson） 美籍德国人,因创造精密光 学仪器，用以 进行光谱学和 度量学的研究， 并精确测出光 速，获