波動(dòng)光學(xué)光的干涉

1、第十一講波動(dòng)光學(xué)（一）1光是人類以及各種生物生活中不可或缺的要素光的本性是什么？牛頓 光是由“光微?！苯M成的 光的直線傳播 + 機(jī)械觀惠更斯 托馬斯 . 楊菲涅耳 光是一種介質(zhì)中傳播的波波動(dòng)特征：干涉、衍射傳播光的介質(zhì)是什么？2麥克斯韋的電磁理論 光是一種電磁波邁克爾遜的實(shí)驗(yàn) 電磁波的傳播不需要介質(zhì)光電效應(yīng) 康普頓散射 光具有粒子性這種粒子稱做“光量子”德布羅意 所有物質(zhì)都具有波粒二象性光的兩種互補(bǔ)性質(zhì) 傳播過(guò)程中顯示波動(dòng)性與其他物質(zhì)相互作用時(shí)顯示粒子性3一、光的相干性二、楊氏雙縫干涉三、薄膜干涉四、邁克爾遜干涉儀波動(dòng)光學(xué)（一） 基本內(nèi)容 重點(diǎn) * 楊氏雙縫干涉* 薄膜干涉4一、 光的相干性1

2、、普通光源的發(fā)光機(jī)理可見(jiàn)光能引起人的視覺(jué)的電磁波真空中的波長(zhǎng) 400 nm 760 nm發(fā)光機(jī)理處于激發(fā)態(tài)的原子會(huì)自發(fā)地躍遷到低激發(fā)態(tài)或基態(tài)，向外輻射電磁波。5- 13.6 e V- 3.4 e V- 1.5 e V氫原子的發(fā)光躍遷波列躍遷過(guò)程的持續(xù)時(shí)間約為 10-8 s6原子發(fā)光的獨(dú)立性 各原子或同一原子各次發(fā)出的波列，其頻率和振動(dòng)方向可能不同，每次何時(shí)發(fā)光不確定。 來(lái)自兩個(gè)光源或同一光源的兩部分的光，不滿足相干條件，疊加時(shí)不產(chǎn)生光的強(qiáng)弱在空間穩(wěn)定分布的干涉現(xiàn)象。72、相干光的獲得方法 用單色性好的點(diǎn)光源，把同一光線分成兩束光，經(jīng)不同路徑相遇，然后再疊加。（取自同一原子的同一次發(fā)光）分波陣面

3、分振幅83、光程光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率不變而波長(zhǎng)改變。光在介質(zhì)中傳播時(shí)，路程 r 上相位變化為nr 光程 把光在介質(zhì)中通過(guò)的幾何路程按相位變化相同折合到真空中的路程。好處是可以統(tǒng)一用真空中的波長(zhǎng)來(lái)計(jì)算。9ndr2r1兩束相干光的相位差相位差光程差10T. Young二、楊氏雙縫干涉11 1801年，英國(guó)人托馬斯 . 楊成功了一個(gè)判別光的性質(zhì)的關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)。 在觀察屏上有明暗相間的等間距條紋，這只能用光是一種波來(lái)解釋。 楊還由此實(shí)驗(yàn)測(cè)出了光的波長(zhǎng)。121、雙縫干涉的干涉條紋r2r1xPSs1s2DdoS1 和 S2 是同相波源實(shí)驗(yàn)中，一般 D 約 1 m ，而 d 約 10-4 m兩條光路的光

4、程差為13r2r1xPSs1s2Ddo當(dāng) 時(shí)兩列光波在 x 點(diǎn)引起的光振動(dòng)同相相長(zhǎng)干涉，x 處為明紋兩列光波在 x 點(diǎn)引起的光振動(dòng)反相當(dāng) 時(shí)相消干涉，x 處為暗紋14k = 0 ，0 級(jí)明紋k = 1 ，1 級(jí)明紋k = 2 ，2 級(jí)明紋k = 1 ，1 級(jí)明紋k = 2 ，2 級(jí)明紋明紋中心的位置k = 0 , 1 , 2 , 暗紋中心的位置k = 1 , 2 , 3 , 相鄰兩明紋或暗紋間的距離15白光的雙縫干涉各單色光的 0 級(jí)明紋重合形成中央明紋各單色光的 1 級(jí)明紋錯(cuò)開(kāi)形成彩色光譜更高級(jí)次的光譜因重疊而模糊不清因?yàn)闂l紋間距與波長(zhǎng)成正比162、觀察屏上的光強(qiáng)分布r1r2xPSs1s2D

5、doxoI干涉項(xiàng)4I1173、菲涅耳雙棱鏡184、勞埃德鏡19例題 楊氏雙縫的間距為 0.2 mm ，雙縫與屏的距離為 1 m . 若第 1 級(jí)明紋到第 4 級(jí)明紋的距離為 7.5 mm ，求光波波長(zhǎng)。解 mm m mm nm 20例題 用云母片（ n = 1.58 ）覆蓋在楊氏雙縫的一條縫上，這時(shí)屏上的零級(jí)明紋移到原來(lái)的第 7 級(jí)明紋處。若光波波長(zhǎng)為 550 nm ，求云母片的厚度。插入云母片后，P 點(diǎn)為 0 級(jí)明紋dPo解插入云母片前，P 點(diǎn)為 7 級(jí)明紋 m 21三、薄膜干涉in1n21、等傾條紋兩條相干光線到達(dá)透鏡焦平面上P點(diǎn)的光程差e 光程差決定于傾角，焦平面上同一干涉條紋上各亮點(diǎn)（

6、暗點(diǎn)）對(duì)應(yīng)相同的入射角。22等傾干涉環(huán)明紋暗紋反射干涉環(huán)與透射干涉環(huán)是互補(bǔ)的。等傾條紋的形成厚度的影響23例題 空氣中厚度為 0.32 m 的肥皂膜（n = 1.33），若白光垂直入射，問(wèn)肥皂膜呈現(xiàn)什么顏色？解ne紅外紫外綠色反射光相長(zhǎng)干涉的條件： nm nm nm 24例題 平面單色光垂直照射在厚度均勻的油膜上，油膜覆蓋在玻璃板上。當(dāng)光波波長(zhǎng)連續(xù)變化時(shí)，觀察到 500 nm 與 700 nm 兩波長(zhǎng)的光反射消失。油膜的折射率為 1.30 ，玻璃的折射率為 1.50 ，求油膜的厚度。解 n2 n1 m 此例無(wú)半波損失25n2、等厚條紋（1） 劈尖干涉 很小，入射光垂直入射.兩條相干光線的光程差

7、 光程差決定于厚度，同一干涉條紋對(duì)應(yīng)的厚度相同，故稱等厚條紋.e26ne明紋暗紋等厚條紋是一些與棱邊平行的明暗相間的直條紋 .在棱邊處形成暗條紋 .27nL28例題 夾角為 810-5rad 的玻璃劈尖放在空氣中。用波長(zhǎng) 589 nm 的單色光垂直入射時(shí)，測(cè)得干涉條紋的間距為 2.4 mm ，求玻璃的折射率。解29（2） 牛頓環(huán)Rr明紋暗紋30明環(huán)半徑暗環(huán)半徑k = 0, 1, 2, k = 1, 2, 3, 在中心形成一暗斑，越向外環(huán)越密，等厚條紋的級(jí)次越高。31例題 用鈉燈（ = 589.3 nm）觀察牛頓環(huán)，看到第 k 級(jí)暗環(huán)的半徑為 4 mm ，第 k+5 條暗環(huán)半徑為 6 mm ，求所用平凸透鏡的曲率半徑 R .解m32四、邁克爾遜干涉儀33邁克爾遜干涉儀是一種分振幅雙光束干涉儀分振幅雙光束當(dāng)兩鏡面相互嚴(yán)格垂直時(shí)等效于平行平面間空氣膜的等傾干涉當(dāng)兩鏡面不嚴(yán)格垂直時(shí)等效于空氣劈尖的等厚干涉等傾條紋等厚條紋34邁克爾遜 莫雷實(shí)驗(yàn)（1881年）的否定結(jié)果是相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之一.邁克爾遜干涉儀可用于測(cè)長(zhǎng)度、測(cè)折射率.當(dāng)平面反射鏡面