光的干涉(A班10年4月打印版)

E1E2E3－13.6ev－3.4ev－1.5ev0波列長度2、光源的發(fā)光特性:間隙性,隨機性光的干涉第一節(jié)光源光的相干性1、光源的發(fā)光機理一、普通光源同一個原子前后發(fā)出的兩個波列之間互相獨立,沒有任何關(guān)聯(lián);各個原子發(fā)出的各個波列之間互相獨立,沒有任何關(guān)聯(lián)1、分波振面法（楊氏干涉）將光源上同一發(fā)光點發(fā)出的光波設(shè)法分成兩束，使它們通過不同路徑再相遇，而產(chǎn)生相干疊加。2、分振幅法（薄膜干涉）I1I2I二、獲得相干光的方法3、光的單色性及相干長度普通光源發(fā)出的光A、單色性不高B、相干長度長激光A、單色性高B、相干長度較短兩束光的光程差必須小于相干長度，才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。1、實驗裝置2、實驗結(jié)果及討論第二節(jié)楊氏雙縫干涉實驗、雙鏡、洛埃鏡一、楊氏雙縫干涉實驗(1801年)要求討論：（1）相鄰明紋（或相鄰暗紋）對應(yīng)的光程差相差，楊氏干涉條紋是等間距的；由此式可測定光的波長（2）若用白色光源，則干涉條紋是彩色的則整個條紋向上平移一段距離（3）若S下移，所謂的零級條紋是指:從同相點出發(fā)到此處是等光程的思考題：若S不動，而將S1和S2下移，則條紋如何移動？二、菲涅耳雙（面）鏡實驗：光欄三、洛埃鏡實驗光欄當(dāng)屏幕移至B處，從S和S’到B點的路程差為零，但是觀察到暗條紋，驗證了反射時有半波損失存在(雙鏡)(洛埃鏡)一、光程和光程差第三節(jié)光程與光程差S1S2Pn1r1n2r2S1與S2同位相

nr光程

為真空中的波長光程差、思考題：若將楊氏雙縫干涉實驗裝置放在折射率為n的透明液體中，則明暗紋公式及條紋間距公式n2、光程nr的物理意義在相同的時間內(nèi)，光在真空中所走的路程。3、附加光程差

ndr2S1S2r1OO’附加光程差與條紋移動數(shù)N之間應(yīng)滿足：思考:若上下臂上分別放上透明介質(zhì)(n1，d1；n2,d2),則附加光程差為（該結(jié)論普遍成立）解題思路：SS1S2OP例:雙縫干涉實驗裝置如圖所示,雙縫與屏之間的距離D=120cm,兩縫之間的距離d=0.50mm,用波長

的單色光垂直照射雙縫。

（1）求原點O上方的第五級明條紋的坐標(biāo)X。（2）如果用厚度，折射率n=1.58的透明薄膜覆蓋在圖中的S1縫后面，求上述第五級明條紋的坐標(biāo)X‘S1S2XOX’（2）Sn1n2n3e二、透鏡不引起附加光程差焦平面F用透鏡觀測干涉時，不會帶來附加的光程差A(yù)BCPD焦平面F’一、薄膜干涉（等厚干涉）＝明紋暗紋條紋形狀由膜的等厚點軌跡所決定。當(dāng)垂直入射時:原則上K取0，1，2，…但要保證膜厚不能取負(fù)值第四節(jié)薄膜干涉透射光干涉與反射光干涉正好互補,12二.增透膜與增反膜故增透膜即為反射光干涉極小;而增反膜即為反射光干涉極大關(guān)于半波損失的討論：當(dāng)薄膜的折射率相對于它兩邊介質(zhì)的折射率為最大或最小時，兩束反射光干涉有半波損失。例題：增透、增反膜問：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？已知：用波長，照相機鏡頭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：反射光干涉無半波損失可見光波長范圍400~760nm波長412.5nm的可見光有增反。一、劈尖干涉第五節(jié)劈尖干涉牛頓環(huán)k=1,2,…k=0,1,2,…n即:薄膜干涉中相鄰明紋（或暗紋）對應(yīng)的薄膜厚度差為膜內(nèi)光波長的一半。相鄰的明紋（或暗紋）對應(yīng)的厚度差e及間距劈尖角很小,故有則2.工件表面的凹凸h3.條紋移動則條紋移動N條4.求劈尖上明紋或暗紋數(shù)明紋數(shù)目盯住某一點看，若厚度改變則附加光程差若n暗紋數(shù)目動畫二、牛頓環(huán)明環(huán)暗環(huán)明環(huán)暗環(huán)牛頓環(huán)的應(yīng)用：測光波的波長，平凸透鏡的曲率半徑，檢驗透鏡球表面質(zhì)量R1R2r明環(huán)暗環(huán)用2e=

2e2-2e1聯(lián)立標(biāo)準(zhǔn)驗規(guī)待測透鏡暗紋例題：牛頓環(huán)的應(yīng)用已知：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

級明環(huán)的半徑,

k

級往上數(shù)第16個明環(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：以其高精度顯示光測量的優(yōu)越性一束光在A處分振幅形成的兩束光1和2的光程差，就相當(dāng)于由M1’和M2形成的空氣膜上下兩個面反射光的光程差。第六節(jié)邁克耳孫干涉儀在G1鍍銀層上M1的虛象M1’1212邁克耳孫干涉儀動畫演示思考：此處是否有半波損失？討論:(1)當(dāng)M2作一微小位移

，則附加光程差（2）在一條光路上加一折射率為n，厚度為d的透明介質(zhì)，則引起的附加光程差思考當(dāng)兩臂分別都放上透明介質(zhì)時的附加光程差1221例題：邁克耳孫干涉儀的應(yīng)用在邁克耳孫干涉儀的兩臂中分別引入10厘米長的真空玻璃管A、B，給其中一個在充以一個大氣壓空氣的過程中觀察到107.2條條紋移動，所用波長為546nm。求空氣的折射率？解：設(shè)空氣的折射率為n邁克耳孫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。思考題：

用波長為的平行單色光垂直照射圖中所示的裝置，觀察空氣薄膜上下表面反射光形成的等厚干涉條紋．試在裝置圖下方的方框內(nèi)畫出相應(yīng)的干涉條紋，只畫暗條紋，表示出它們的形狀，條數(shù)和疏密．例：在雙縫干涉實驗中，屏幕E上的P點處是明條紋．若將縫S2蓋住，并在S1S2連線的垂直平分面處放一高折射率介質(zhì)反射面M，如圖所示，則此時(A)P點處仍為明條紋．(B)P點處為暗條紋．(C)不能確定P點處是明條紋還是暗條紋．(D)無干涉條紋．［］例：如圖所示，假設(shè)有兩個同相的相干點光源S1和S2，發(fā)出波長為l的光．A是它們連線的中垂線上的一點．若在S1與A之間插入厚度為e、折射率為n的薄玻璃片，則兩光源發(fā)出的光在A點的相位差Df

=________．若已知l＝500nm，n＝1.5，A點恰為第四級明紋中心，則e＝_________nm．(1nm=10-9m)4×103

2p(n

1)e/l

例.折射率分別為n1和n2的兩塊平板玻璃構(gòu)成空氣劈尖，用波長為l的單色光垂直照射．如果將該劈尖裝置浸入折射率為n的透明液體中，且n2＞n＞n1，則劈尖厚度為e的地方兩反射光的光程差的改變量是___________________________________．例.在圖示三種透明材料構(gòu)成的牛頓環(huán)裝置中,用單色光垂直照射，在反射光中看到干涉條紋，則在接觸點P處形成的圓斑為___________________一、光的衍射現(xiàn)象縫寬比波長大得多時，光可看成是直線傳播縫寬可與波長相比較時，出現(xiàn)衍射條紋光的衍射第一節(jié)光的衍射惠更斯—非涅耳原理圓孔衍射S

近場衍射（菲涅耳衍射）S線光源f1單縫衍射f2遠(yuǎn)場衍射（夫瑯和費衍射衍射）二、惠更斯-菲涅耳原理從同一波面上各點所發(fā)出的子波，經(jīng)傳播在空間某點相遇時，也可相互疊加而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。波面S菲涅耳具體提出各次波在P點引起的合振動由光程差確定

且dA隨的增大而減小，并認(rèn)為時，dA=0

第二節(jié)單縫夫瑯和費衍射f1f2光強單縫C一.菲涅耳半波帶法相鄰兩個半波帶的各對應(yīng)點之間的光程差為/2

a暗明注：公式中前面的系數(shù)為單縫所能分成的半波帶數(shù)，而公式中的k為條紋的級次單縫邊緣兩點之間對應(yīng)的光程差為:二.討論：其它各級明條紋的寬度為中央明條紋寬度的一半。1.單縫所能分成的半波帶數(shù)取決于衍射角2.中央明紋半角寬即為第一級暗紋對應(yīng)的衍射角3.白光照射中央為白色明條紋，其兩側(cè)各級都為彩色條紋,紫光在內(nèi),紅光在外。該衍射圖樣稱為衍射光譜。4.縫越窄（a越?。?，條紋分散得越開，衍射現(xiàn)象越明顯；反之，條紋向中央靠攏。幾何光學(xué)是波動光學(xué)在時的極限情況當(dāng)或時會出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象思考1：上下前后移動狹縫位置，條紋是否移動？思考：上下移動透鏡，條紋是否移動？6.將裝置放在折射率為n的透明液體中，則暗明單縫邊緣兩點之間對應(yīng)的光程差為:7.斜射D暗明C-PQR例1：如圖，波長為的單色平行光垂直照射單縫，若由單縫邊緣發(fā)出的光波到達(dá)屏上P、Q、R三點的光程差分別為2、2.5

、3.5

,比較P、Q、R三點的亮度。例2：在單縫夫瑯禾費衍射實驗中，波長為的單色光垂直入射在寬度為a＝4

的單縫上，對應(yīng)于衍射角為30°的方向，單縫處波陣面可分成的半波帶數(shù)目為(A)2個．(B)4個．(C)6個．(D)8個．

［

］

例3、根據(jù)惠更斯－菲涅耳原理，若已知光在某時刻的波陣面為S，則S的前方某點P的光強度決定于波陣面S上所有面積元發(fā)出的子波各自傳到P點的(A)振動振幅之和．(B)光強之和．(C)振動振幅之和的平方(D)振動的相干疊加［］第三節(jié)圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨率光源障礙物中央是個明亮的圓斑，外圍是一組同心的明環(huán)和暗環(huán)。接收屏第一級暗環(huán)對應(yīng)的衍射角稱為愛里斑的半角寬，理論計算得愛里斑的半徑為：一、圓孔夫瑯和費衍射二、光學(xué)儀器的分辨率一個透鏡成象的光路可用兩個透鏡的作用來等效，同時，透鏡的邊緣，相當(dāng)于一個圓形光欄，如圖所示：點物S象S’L點物象L2L1f2f1A瑞利判據(jù)：對一個光學(xué)儀器來說，如果一個點光源的愛里斑的邊緣剛好與另一個點光源的愛里斑的中心重合，則這兩個點光源恰好為這一光學(xué)儀器所分辨。最小分辨角，

即為愛里斑的半角寬。yLS1S2S1S2可分辨不可分辨恰可分辨S1S2=1.22/D1/為光學(xué)儀器的分辨率y/L=電子顯微鏡比光學(xué)顯微鏡的分辨率要高得多，為研究分子結(jié)構(gòu)，晶格的缺陷，病毒和細(xì)胞的組織等提供了有力的武器。光學(xué)顯微鏡：200nm,2000倍電子顯微鏡：0.144nm，80萬倍第四節(jié)衍射光柵反射光柵透射光柵

a為透光寬度

b為不透光寬度光柵常數(shù)d=a+b一、光柵衍射圖樣光柵每個縫形成各自的單縫衍射圖樣sinI光柵縫與縫之間形成的多縫干涉圖樣I/I0=1sin衍射裝置光柵衍射圖樣是多縫干涉光強分布受單縫衍射光強分布調(diào)制的結(jié)果。I/I0=1P

Oa+bf二、光柵方程k=0,1,2,3···（主極大）相鄰兩個主極大明條紋間有（N-1)個暗條紋，（N-2)個次極大，主極大半角寬d（見馬文尉書）N=2N=6I/I0sin縫數(shù)N越多，主極大的半角寬越小，條紋越細(xì)銳。相鄰兩個主極大之間的角間距(a+b)·sin=k

光柵常數(shù)越小，條紋分得越開，越清晰a·sin=2k'?（/2）=k'

缺級現(xiàn)象(a+b)·sin=k

所得K值就是所缺的級次（縫間干涉極大）（單縫衍射極小）即：（原則上可取k’＝1，2，3…，但必須同時滿足k為整數(shù)）如：令k’＝2，4，6，…得k＝3，6，9…處缺級I/I0sin缺級缺級單縫衍射中央主極大條紋范圍內(nèi)含有好幾條光柵明紋屏上看見的條紋數(shù)再考慮缺級，對稱性及中央明紋。放在折射率為n的液體中n·(a+b)·sin

=±k

k=0,1,2,3···斜射PQO其中，均為代數(shù)量+-+-思考：求最高級次級次越高，光譜越寬，第二級譜線與第三級譜線已開始發(fā)生重疊。三、衍射光譜(a+b)·sin

=k

k=ok=1k=2k=3重疊區(qū)例：用波長4000Ao--7600Ao的白光照射衍射光柵,求第二級譜線重疊的波長范圍。解：一.特點AK高壓第五節(jié)X射線衍射(1895年德國的倫琴發(fā)現(xiàn)X射線)使底片感光以及使空氣電離穿透力強。是波長較短的電磁波,范圍在0.001nm--10nm之間在電磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)思考求第三級譜線重疊的波長范圍四、干涉與衍射的聯(lián)系及區(qū)別1912年德國的勞厄首次利用晶體光柵才證實了X射線的波動性。BCP鉛版天然晶體乳膠板在乳膠板上形成對稱分布的若干衍射斑點，稱為勞厄斑。二.布喇格公式（1913年）MPAB123dCDA123dN

考慮的是上下兩層晶面反射光線間的干涉。X射線的應(yīng)用不僅開創(chuàng)了研究晶體結(jié)構(gòu)的新領(lǐng)域，而且用它可以作光譜分析，在科學(xué)研究和工程技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用MPA123dN光的偏振性第一節(jié)、自然光和偏振光一、光的偏振性縱波橫波振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振偏振現(xiàn)象是橫波區(qū)別于縱波的最明顯的標(biāo)志自然光可分解為兩個互相垂直、振幅相等，沒有任何相位關(guān)系的光振動。??????XY二.自然光：沒有一個方向光矢量振動更占優(yōu)勢，這樣特征的光稱為自然光?????????（完全偏振光、三.線偏振光????XY光矢量的振動方向與傳播方向所構(gòu)成的平面叫振動面。平面偏振光）四.部分偏振光??第二節(jié)起偏和檢偏馬呂斯定律一、偏振片的起偏與檢偏1.二向色性2、偏振片的作用：偏振片有一個特殊的方向,叫偏振化方向(或透光軸方向)。偏振片只允許平行于偏振化方向的光振動(完全)通過,而讓垂直于偏振化方向的光振動被(完全)吸收.???I0I0/2I0/2???I0I0/2I=0起偏器檢偏器一束光強為

的線偏光，透過檢偏器以后，透射光強為：為線偏光的光振動方向與偏振片的偏振化方向之間的夾角。振動方向偏振化方向2.偏振片的應(yīng)用用偏振光干涉可以檢驗物質(zhì)薄片是否存在雙折射二、馬呂斯定律1、馬呂斯定律防止車燈耀眼???屏例1：光強為I0的入射自然光依次通過偏振化方向相互垂直的兩個偏振片后，透射光強為零；若在這兩個偏振片之間插入另一個偏振片，其偏振化方向與其中的一個偏振片的偏振化方向之間的夾角為，求最后的透射光強II0P1P2P3P3P1P2例2:如果兩個