波動(dòng)光學(xué)光的干涉

關(guān)于波動(dòng)光學(xué)光的干涉第1頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五普通光源：自發(fā)輻射獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)··獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光)

發(fā)光的隨機(jī)性

發(fā)光的間歇性第2頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五

光波是電磁波。光波中參與與物質(zhì)相互作用（感光作用、生理作用）的是E

矢量，稱為光矢量。3、光強(qiáng)單色光——只含單一波長的光。復(fù)色光——含多種波長的光。準(zhǔn)單色光——光波中包含波長范圍很窄的成分的光。2、光的顏色和光譜可見光頻率范圍可見光波長范圍第3頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五

E矢量的振動(dòng)稱為光振動(dòng)。在波動(dòng)光學(xué)中，主要討論的是相對(duì)光強(qiáng)，因此在同一介質(zhì)中直接把光強(qiáng)定義為：二、光的相干性相干波的條件：同頻率，同振動(dòng)方向，相位差恒定干涉現(xiàn)象：在相干區(qū)域內(nèi)，一些點(diǎn)振動(dòng)始終加強(qiáng)，一些點(diǎn)始終減弱。第4頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五獲得兩束相干光的方法分振幅法其原理是利用反射、折射把波面上某處的振幅分成兩部分，再使它們相遇從而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。第5頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五*光源分波陣面法光源發(fā)出的某一波陣面上，取出兩部分面元作為相干光源第6頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)S1S2S***14-2楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)光程勞埃德鏡第7頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五楊氏干涉條紋D>>d波程差：干涉加強(qiáng)明紋位置干涉減弱暗紋位置第8頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五(1)明暗相間的條紋對(duì)稱分布于中心O點(diǎn)兩側(cè)。干涉條紋特點(diǎn)：(2)相鄰明條紋和相鄰暗條紋等間距，與干涉級(jí)k無關(guān)。兩相鄰明（或暗）條紋間的距離稱為條紋間距。若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。第9頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五方法一：方法二：(3)

D,d一定時(shí)，由條紋間距可算出單色光的波長。(4)中央條紋由波程差確定。其位置不一定在坐標(biāo)原點(diǎn)處。第10頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五1、菲涅耳雙面鏡虛光源、平行于屏幕上O點(diǎn)在兩個(gè)虛光源連線的垂直平分線上，屏幕上明暗條紋中心對(duì)O點(diǎn)的偏離

x為：二、其它分波陣面干涉裝置光欄第11頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五2洛埃鏡光欄第12頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五

當(dāng)屏幕E

移至

處，從S1和S2

到L點(diǎn)的光程差為零，但是觀察到的是暗條紋，表明兩光波在此干涉相消。相位差應(yīng)為。說明反射時(shí)有相位突變或半波損失存在。結(jié)論：光由光疏介質(zhì)（垂直或掠）入射到光密介質(zhì)界面上時(shí)，反射光相對(duì)入射光產(chǎn)生相位突躍變或稱半波損失第13頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五光程干涉現(xiàn)象決定于兩束相干光的相位差。兩束相干光通過不同的介質(zhì)時(shí)，相位差不能單純由幾何路程差決定。光在折射率為n的介質(zhì)中傳播幾何路程為r，相應(yīng)的相位變化為三、光程與光程差波源的振動(dòng)頻率第14頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五

光程表示在相同的時(shí)間內(nèi)光在真空中通過的路程，它避免了介質(zhì)中波長的概念，因?yàn)橥ǔＲ阎牟ㄩL都是真空中的波長。S1,S2初相位相同的相干光源定義nr為光程第15頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五光程差光在真空中的波長若兩相干光源不是同相位的兩相干光源同相位，干涉條件第16頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五ABCDEABCDE透鏡不會(huì)引起附加的光程差LFFL透鏡的等光程性透鏡的等光程性第17頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五不同光線通過透鏡要改變傳播方向，但不會(huì)引起附加光程差A(yù)、B、C的位相相同，在F點(diǎn)會(huì)聚，互相加強(qiáng)A、B、C各點(diǎn)到F點(diǎn)的光程都相等。AaF比BbF經(jīng)過的幾何路程長，但BbF在透鏡中經(jīng)過的路程比AaF長，透鏡折射率大于1，折算成光程，

AaF的光程與BbF的光程相等。解釋使用透鏡不會(huì)引起各相干光之間的附加光程差。第18頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五問：原來的零級(jí)條紋移至何處？若移至原來的第k

級(jí)明條紋處，其厚度

h為多少？：已知：S2

縫上覆蓋的介質(zhì)厚度為h

，折射率為

n

，設(shè)入射光的波長為.

解：從S1和S2發(fā)出的相干光所對(duì)應(yīng)的光程差當(dāng)光程差為零時(shí)，對(duì)應(yīng)所以零級(jí)明條紋下移例第19頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五原來

k

級(jí)明條紋位置滿足：設(shè)有介質(zhì)時(shí)零級(jí)明條紋移到原來第

k

級(jí)處，它必須同時(shí)滿足：第20頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五

利用薄膜上、下兩個(gè)表面對(duì)入射光的反射和折射，可在反射方向（或透射方向）獲得相干光束。肥皂泡的干涉條紋14-3薄膜干涉第21頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五油膜上的干涉條紋蟬翼上的干涉條紋其它干涉條紋第22頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五擴(kuò)展光源照射下的薄膜干涉a1a2a

在一均勻透明介質(zhì)n1中放入上下表面平行,厚度為e

的均勻介質(zhì)n2(>n1)，用擴(kuò)展光源照射薄膜，其反射和透射光如圖所示第23頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五M1M2n1n3n2eLir2i134Pdabci光在界面處的相位躍變1.光路分析第24頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五2光線a2與光線a1的光程差為：討論有無半波損失a1a2a第25頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五半波損失（額外程差）問題薄膜折射率介于中間無半波損失薄膜折射率比兩邊大或小時(shí),有半波損失兩邊為同種介質(zhì)時(shí)是否有半波損失？薄膜aa1a2n1n2n3第26頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五——干涉加強(qiáng)——干涉相消若垂直入射，即i=0n1n3n2e123干涉條件相同入射角（傾角）的光線干涉形成同一級(jí)條紋，因此這種干涉又名等傾干涉。第27頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五M1M2n1n3n2e34bir光程差加與不加的條件與反射光時(shí)的正好相反

薄膜折射率介于中間時(shí)有半波損失；薄膜折射率比兩邊的大或小時(shí)無半波損失。4.透射光的干涉第28頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五增透膜-----

利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來減少反射，從而使透射增強(qiáng)。增反膜-----

利用薄膜上、下表面反射光的光程差滿足相長干涉，因此反射光因干涉而加強(qiáng)。5、增透膜和增反膜第29頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五問：若反射光相消干涉的條件中取

k=1，膜的厚度為多少？此增透膜在可見光范圍內(nèi)有沒有增反？例已知用波長，照相機(jī)鏡頭n3=1.5，其上涂一層n2=1.38的氟化鎂增透膜，光線垂直入射。解：因?yàn)?，所以反射光光程差不考慮λ/2。反射光干涉相消的條件是：代入k和n2

求得：第30頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五此膜對(duì)反射光干涉相長的條件：可見光波長范圍400~700nm波長412.5nm的可見光有增反。第31頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五一、劈尖干涉夾角很小的兩個(gè)平面所構(gòu)成的薄膜D12空氣劈尖棱邊楔角劈尖干涉（等厚干涉）牛頓環(huán)第32頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五平行單色光垂直照射空氣劈尖上，上、下表面的反射光將產(chǎn)生干涉，厚度為e處，兩相干光的光程差為12θneO第33頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五干涉條件劈尖上厚度相同的地方，兩相干光的光程差相同，對(duì)應(yīng)一定k值的明或暗條紋?！群窀缮胬膺吿?，e=0,=/2，出現(xiàn)暗條紋實(shí)心劈尖12θn2eOn1n3第34頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五空氣劈尖任意相鄰明條紋對(duì)應(yīng)的厚度差：任意相鄰明條紋(或暗條紋)之間的距離l為：在入射單色光一定時(shí)，劈尖的楔角愈小，則l愈大，干涉條紋愈疏；愈大，則l愈小，干涉條紋愈密。當(dāng)用白光照射時(shí)，將看到由劈尖邊緣逐漸分開的彩色直條紋。非空氣劈尖第35頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五

測細(xì)小直徑、厚度、微小變化Δh待測塊規(guī)λ標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)平晶

測表面不平度等厚條紋待測工件平晶

檢驗(yàn)透鏡球表面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)待測透鏡暗紋第36頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五利用空氣劈尖干涉原理測定樣品的熱膨脹系數(shù)樣品平板玻璃石英圓環(huán)空氣劈尖

上平板玻璃向上平移/2的距離，上下表面的兩反射光的光程差增加。劈尖各處的干涉條紋發(fā)生明暗明(或暗明暗)的變化。如果觀察到某處干涉條紋移過了N條，即表明劈尖的上表面平移了N·/2的距離。劈尖干涉的應(yīng)用--------干涉膨脹儀第37頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五空氣薄層中，任一厚度e處上下表面反射光的干涉條件：二、牛頓環(huán)第38頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五各級(jí)明、暗干涉條紋的半徑：隨著牛頓環(huán)半徑的增大，條紋變得越來越密。e=0,兩反射光的光程差=/2，為暗斑。第39頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五例已知：用紫光照射，借助于低倍測量顯微鏡測得由中心往外數(shù)第k

級(jí)明環(huán)的半徑,k

級(jí)往上數(shù)第16個(gè)明環(huán)半徑，平凸透鏡的曲率半徑R=2.50m求：紫光的波長？解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：第40頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五14-4邁克耳遜干涉儀AlbertAbrhamMichelson,1852-19311907年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者第41頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五M1S半透半反膜2121G1G2M1M2第42頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五一、邁克耳遜干涉儀光束2′和1′發(fā)生干涉若M1、M2平行

等傾條紋若M1、M2有小夾角

等厚條紋若條紋為等厚條紋，M1平移d時(shí)，干涉條移過N條，則有：M12211S半透半反膜M2M1G1G2應(yīng)用：微小位移測量測折射率第43頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五例.在邁克耳遜干涉儀的兩臂中分別引入10厘米長的玻璃管A、B

，其中一個(gè)抽成真空，另一個(gè)在充以一個(gè)大氣壓空氣的過程中觀察到107.2

條條紋移動(dòng)，所用波長為546nm。求空氣的折射率？第44頁，共48頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)45分，星期五解：設(shè)空氣的折射率為n邁克耳遜干涉儀的兩臂中便于插放待測樣品，由條紋的變化測量有關(guān)參數(shù)。精度高。

充氣過程中折射率在變化，所以k也在變化。第45頁，共4