大學(xué)物理 相干光

*1）頻率相同；2）振動(dòng)方向平行；3）相位相同或相位差恒定.波的相干條件其他振動(dòng)始終加強(qiáng)振動(dòng)始終減弱振動(dòng)始終減弱振動(dòng)始終加強(qiáng)其他3)波程差若則牛頓的微粒說(shuō)光是由發(fā)光物體發(fā)出的遵循力學(xué)規(guī)律的粒子流?；莞沟牟▌?dòng)說(shuō)光是機(jī)械波，在彈性介質(zhì)“以太”中傳播。一光的兩種學(xué)說(shuō)幾何光學(xué):以光的直線傳播和反射、折射定律為基礎(chǔ)，研究光學(xué)儀器成象規(guī)律。物理光學(xué):以光的波動(dòng)性和粒子性為基礎(chǔ)，研究光現(xiàn)象基本規(guī)律。波動(dòng)光學(xué)量子光學(xué)光的電磁理論——波動(dòng)性：干涉、衍射、偏振光的量子理論——粒子性：黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)二光的本性三光的分類1.頻率相同；2.振動(dòng)方向一致； 3.有恒定的相位差；4*.光程差不太大；1、產(chǎn)生相干光的條件一光的相干性低能級(jí)E12、原子發(fā)光機(jī)制當(dāng)原子吸收外界能量后，由低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，但在高能級(jí)不穩(wěn)定，又會(huì)從高能級(jí)跳回低能級(jí)。高能級(jí)E2光子能級(jí)躍遷輻射§1.相干光源/二、原子發(fā)光機(jī)制2.各原子發(fā)光是隨機(jī)的，無(wú)固定相位差。1.原子發(fā)光的時(shí)間很短，只有10-8秒。注意兩個(gè)頻率相同的鈉光燈不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，即使是同一個(gè)單色光源的兩部分發(fā)出的光，也不能產(chǎn)生干涉。無(wú)干涉現(xiàn)象§1.相干光源/二、原子發(fā)光機(jī)制1.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)普通光源是觀察不到干涉現(xiàn)象的。§1.相干光源/二、原子發(fā)光機(jī)制波陣面分割法*光源產(chǎn)生相干光的方法1.分波面法在同一波面上兩固定點(diǎn)光源，發(fā)出的光產(chǎn)生干涉的方法為分波面法。如楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。2.分振幅法一束光線經(jīng)過(guò)介質(zhì)薄膜的反射與折射，形成的兩束光線產(chǎn)生干涉的方法為分振幅法。如薄膜干涉、等厚干涉等。振幅分割法3、光程與光程差1.光程L在真空中光的波長(zhǎng)為，光速為C，進(jìn)入折射率為n的媒質(zhì)中后，波長(zhǎng)n

,光速為v,由折射定律可知：相當(dāng)于真空中走的波程為：定義光程：光程為光在媒質(zhì)中傳播的波程與媒質(zhì)折射率的乘積。光在媒質(zhì)中傳播l的距離后，相位改變了2.光程差光程差為兩束光的光程之差。如果光線穿過(guò)多種媒質(zhì)時(shí)，其光程為：r1n1r2n2rinirnnn3.光程差與相位差的關(guān)系則相位差為：干涉加強(qiáng)減弱條件當(dāng)光程差滿足波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，兩束光干涉加強(qiáng)；當(dāng)光程差滿足半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，兩束光干涉減弱。兩束單色光相干時(shí)，光程差滿足：4、相干長(zhǎng)度可發(fā)生干涉不能發(fā)生干涉要使兩束光產(chǎn)生干涉，兩束光的最大光程差必須小于波列長(zhǎng)度L0為相干時(shí)間，即原子發(fā)光的持續(xù)時(shí)間理論上可以證明光的頻率范圍為波列的相干長(zhǎng)度為由于,所以有所以有p實(shí)驗(yàn)裝置二楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)光程差減弱加強(qiáng)暗紋明紋p明暗條紋的位置白光照射時(shí)，出現(xiàn)彩色條紋暗紋明紋討論條紋間距1）條紋間距與的關(guān)系;若變化，則將怎樣變化？一定時(shí)，一定時(shí)，2）

條紋間距與的關(guān)系如何？雙縫干涉光強(qiáng)分布干涉項(xiàng)若合光強(qiáng)其中則光強(qiáng)分布圖P菲涅耳雙面鏡勞埃德鏡PML干涉相長(zhǎng)：光程差為：干涉相消：M例1：在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，若在下縫放一折射率為n，厚度為l的透明的介質(zhì)薄片，求（1）兩相干光到達(dá)屏上任一點(diǎn)P的光程差；（2）分析加媒質(zhì)前后干涉條紋的變化情況p

例2

以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上,雙縫與屏幕的垂直距離為1m.(1)從第一級(jí)明紋到同側(cè)的第四級(jí)明紋的距離為7.5mm,求單色光的波長(zhǎng);(2)若入射光的波長(zhǎng)為600nm,求相鄰兩明紋間的距離.解（1）（2）例：如圖，虛線代表雙縫S1、S2的中心軸線，雙縫間距為d，單縫屏的距離為L(zhǎng)，照明單縫S的準(zhǔn)單色光波長(zhǎng)為，單縫S不在中心軸上，而在軸上方離軸b處，試問零級(jí)干涉條紋在屏上什么位置。DS1S2SPxoL例：如圖，雙縫屏S1,S2右側(cè)10cm處置一焦距為10cm的凸透鏡L,L的光軸通過(guò)S1,S2中點(diǎn)，在L的右側(cè)10cm遠(yuǎn)處又放置一垂直于軸的屏幕。已知雙縫間距d=0.2cm，且用的光照明，試求屏幕上的條紋間距。S1SPofS2AAB透鏡不引起附加的光程差A(yù)B三薄膜干涉通過(guò)光軸的光線波程最短，但在透鏡中的光程長(zhǎng)；遠(yuǎn)離光軸的光線波程長(zhǎng)，但在透鏡中的光程短，總的來(lái)講，各條光線的光程都是相同的。PL薄膜干涉DC34E5A1B2反射光的光程差加強(qiáng)減弱PLDC34E5A1B2根據(jù)具體情況而定PLDC34E5A1B2當(dāng)光線垂直入射時(shí)當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)

增透膜和增反膜利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率.取氟化鎂為增透膜例為了增加透射率,求氟化鎂膜的最小厚度.已知空氣,氟化鎂,減弱解

23玻璃SM劈尖角一劈尖明紋暗紋（明紋）（暗紋）討論1）劈尖為暗紋.2）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差3）條紋間距（明紋或暗紋）劈尖干涉每一條紋對(duì)應(yīng)劈尖內(nèi)的一個(gè)厚度，當(dāng)此厚度位置改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的條紋隨之移動(dòng).

4）干涉條紋的移動(dòng)若上表面上移,則條紋級(jí)次改變1,當(dāng)某處有m個(gè)條紋移過(guò),則該處厚度變化2）測(cè)膜厚度1）干涉膨脹儀劈尖干涉的應(yīng)用空氣3）檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度4）測(cè)細(xì)絲的直徑二牛頓環(huán)由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成光程差

牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置牛頓環(huán)干涉圖樣顯微鏡SLM半透半反鏡TR明紋暗紋rd光程差Rrd暗環(huán)半徑明環(huán)半徑明紋暗紋

4）應(yīng)用例子:可以用來(lái)測(cè)量光波波長(zhǎng)，用于檢測(cè)透鏡質(zhì)量，曲率半徑等.

1）從反射光中觀測(cè)，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？從透射光中觀測(cè)，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？2）屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？3）將牛頓環(huán)置于的液體中，條紋如何變？工件標(biāo)準(zhǔn)件暗環(huán)半徑明環(huán)半徑討論測(cè)量透鏡的曲率半徑檢測(cè)光學(xué)鏡頭表面曲率是否合格將玻璃驗(yàn)規(guī)蓋于待測(cè)鏡頭上，兩者間形成空氣薄層，因而在驗(yàn)規(guī)的凹表面上出現(xiàn)牛頓環(huán)，當(dāng)某處光圈偏離圓形時(shí)，則該處有不規(guī)則起伏。驗(yàn)規(guī)§4.等厚干涉、劈尖、牛頓環(huán)/三、牛頓環(huán)

例1有一玻璃劈尖,放在空氣中,劈尖夾角,用波長(zhǎng)的單色光垂直入射時(shí),測(cè)得干涉條紋的寬度,求這玻璃的折射率.解

例2用氦氖激光器發(fā)出的波長(zhǎng)為633nm的單色光做牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得第個(gè)k

暗環(huán)的半徑為5.63mm,第k+5暗環(huán)的半徑為7.96mm，求平凸透鏡的曲率半徑R.解SL

例3在平面玻璃片G上放一油滴，并展開成圓形油膜，在波長(zhǎng)的單色光垂直入射下，從反射光中可觀察到油膜所形成的干涉條紋.已知玻璃的折射率問：當(dāng)油膜中心最高點(diǎn)與玻璃片的上表面相距時(shí)，干涉條紋如何分布？可見明紋的條數(shù)及各明紋處膜厚?中心點(diǎn)的明暗程度如何?若油膜展開條紋如何變化?,油膜的折射率G解1）條紋為同心圓油膜邊緣明紋明紋當(dāng)油滴展開時(shí)，條紋間距變大，條紋數(shù)減少.由于故可觀察到四條明紋.例一油輪漏出的油(折射率=1.20)污染了某海域,在海水(=1.30)表面形成一層薄薄的油污.(1)如果太陽(yáng)正位于海域上空,一直升飛機(jī)的駕駛員從機(jī)上向下觀察,他所正對(duì)的油層厚度為460nm,則他將觀察到油層呈什么顏色?(2)如果一潛水員潛入該區(qū)域水下,又將看到油層呈什么顏色?解(1)綠色(2)透射光的光程差紅光紫光紫紅色單色光源反射鏡反射鏡一邁克耳孫干涉儀與成角補(bǔ)償板

分光板移動(dòng)導(dǎo)軌反射鏡反射鏡單色光源光程差的像當(dāng)不垂直于時(shí)，可形成劈尖型等厚干涉條紋.反射鏡反射鏡單色光源干涉條紋移動(dòng)數(shù)目邁克爾孫干涉儀的主要特性

兩相干光束在空間完全分開，并可用移動(dòng)反射鏡或在光路中加入介質(zhì)片的方法改變兩光束的光程差.移動(dòng)距離移動(dòng)反射鏡干涉條紋的移動(dòng)當(dāng)與之間距離變大時(shí)，圓形干涉條紋從中心一個(gè)個(gè)長(zhǎng)出,并向外擴(kuò)張,干涉條紋變密;距離變小時(shí)，圓形干涉條紋一個(gè)個(gè)向中心縮進(jìn),干涉條紋變稀.插入介質(zhì)片后光程差光程差變化干涉條紋移動(dòng)數(shù)目介質(zhì)片厚度光程差