光的干涉(A班10年4月打印版)

E1E2E3－13.6ev－3.4ev－1.5ev0波列長(zhǎng)度2、光源的發(fā)光特性:間隙性,隨機(jī)性光的干涉第一節(jié)光源光的相干性1、光源的發(fā)光機(jī)理一、普通光源同一個(gè)原子前后發(fā)出的兩個(gè)波列之間互相獨(dú)立,沒(méi)有任何關(guān)聯(lián);各個(gè)原子發(fā)出的各個(gè)波列之間互相獨(dú)立,沒(méi)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(diǎn)發(fā)出的光波設(shè)法分成兩束，使它們通過(guò)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(zhǎng)度普通光源發(fā)出的光A、單色性不高B、相干長(zhǎng)度長(zhǎng)激光A、單色性高B、相干長(zhǎng)度較短兩束光的光程差必須小于相干長(zhǎng)度，才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。1、實(shí)驗(yàn)裝置2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論第二節(jié)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、雙鏡、洛埃鏡一、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)(1801年)要求討論：（1）相鄰明紋（或相鄰暗紋）對(duì)應(yīng)的光程差相差，楊氏干涉條紋是等間距的；由此式可測(cè)定光的波長(zhǎng)（2）若用白色光源，則干涉條紋是彩色的則整個(gè)條紋向上平移一段距離（3）若S下移，所謂的零級(jí)條紋是指:從同相點(diǎn)出發(fā)到此處是等光程的思考題：若S不動(dòng)，而將S1和S2下移，則條紋如何移動(dòng)？二、菲涅耳雙（面）鏡實(shí)驗(yàn)：光欄三、洛埃鏡實(shí)驗(yàn)光欄當(dāng)屏幕移至B處，從S和S’到B點(diǎn)的路程差為零，但是觀察到暗條紋，驗(yàn)證了反射時(shí)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(zhǎng)光程差、思考題：若將楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(shí)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(dòng)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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)

的單色光垂直照射雙縫。

（1）求原點(diǎn)O上方的第五級(jí)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(jí)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(cè)干涉時(shí)，不會(huì)帶來(lái)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(diǎn)軌跡所決定。當(dāng)垂直入射時(shí):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(bǔ),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(duì)于它兩邊介質(zhì)的折射率為最大或最小時(shí)，兩束反射光干涉有半波損失。例題：增透、增反膜問(wèn)：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(méi)有增反？已知：用波長(zhǎng)，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：反射光干涉無(wú)半波損失可見光波長(zhǎng)范圍400~760nm波長(zhǎng)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(duì)應(yīng)的薄膜厚度差為膜內(nèi)光波長(zhǎng)的一半。相鄰的明紋（或暗紋）對(duì)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(dòng)則條紋移動(dòng)N條4.求劈尖上明紋或暗紋數(shù)明紋數(shù)目盯住某一點(diǎn)看，若厚度改變則附加光程差若n暗紋數(shù)目動(dòng)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(cè)光波的波長(zhǎng)，平凸透鏡的曲率半徑，檢驗(yàn)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(yàn)規(guī)待測(cè)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(cè)量顯微鏡測(cè)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(zhǎng)？解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：以其高精度顯示光測(cè)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(gè)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(dòng)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(shí)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(zhǎng)的真空玻璃管A、B，給其中一個(gè)在充以一個(gè)大氣壓空氣的過(guò)程中觀察到107.2條條紋移動(dòng)，所用波長(zhǎng)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(cè)樣品，由條紋的變化測(cè)量有關(guān)參數(shù)。精度高。思考題：

用波長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)中，屏幕E上的P點(diǎn)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(shí)(A)P點(diǎn)處仍為明條紋．(B)P點(diǎn)處為暗條紋．(C)不能確定P點(diǎn)處是明條紋還是暗條紋．(D)無(wú)干涉條紋．［］例：如圖所示，假設(shè)有兩個(gè)同相的相干點(diǎn)光源S1和S2，發(fā)出波長(zhǎng)為l的光．A是它們連線的中垂線上的一點(diǎn)．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(diǎn)的相位差Df

=________．若已知l＝500nm，n＝1.5，A點(diǎn)恰為第四級(jí)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(zhǎng)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(diǎn)P處形成的圓斑為___________________一、光的衍射現(xiàn)象縫寬比波長(zhǎng)大得多時(shí)，光可看成是直線傳播縫寬可與波長(zhǎng)相比較時(shí)，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(chǎng)衍射（菲涅耳衍射）S線光源f1單縫衍射f2遠(yuǎn)場(chǎng)衍射（夫瑯和費(fèi)衍射衍射）二、惠更斯-菲涅耳原理從同一波面上各點(diǎn)所發(fā)出的子波，經(jīng)傳播在空間某點(diǎn)相遇時(shí)，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(diǎn)引起的合振動(dòng)由光程差確定

且dA隨的增大而減小，并認(rèn)為時(shí)，dA=0

第二節(jié)單縫夫瑯和費(fèi)衍射f1f2光強(qiáng)單縫C一.菲涅耳半波帶法相鄰兩個(gè)半波帶的各對(duì)應(yīng)點(diǎn)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(jí)次單縫邊緣兩點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的光程差為:二.討論：其它各級(jí)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(jí)暗紋對(duì)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(jí)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?。瑮l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(dòng)光學(xué)在時(shí)的極限情況當(dāng)或時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的衍射現(xiàn)象思考1：上下前后移動(dòng)狹縫位置，條紋是否移動(dòng)？思考：上下移動(dòng)透鏡，條紋是否移動(dòng)？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(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的光程差為:7.斜射D暗明C-PQR例1：如圖，波長(zhǎng)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(diǎn)的光程差分別為2、2.5

、3.5

,比較P、Q、R三點(diǎn)的亮度。例2：在單縫夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，波長(zhǎng)為的單色光垂直入射在寬度為a＝4

的單縫上，對(duì)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(gè)．(B)4個(gè)．(C)6個(gè)．(D)8個(gè)．

［

］

例3、根據(jù)惠更斯－菲涅耳原理，若已知光在某時(shí)刻的波陣面為S，則S的前方某點(diǎn)P的光強(qiáng)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(diǎn)的(A)振動(dòng)振幅之和．(B)光強(qiáng)之和．(C)振動(dòng)振幅之和的平方(D)振動(dòng)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(gè)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(jí)暗環(huán)對(duì)應(yīng)的衍射角稱為愛里斑的半角寬，理論計(jì)算得愛里斑的半徑為：一、圓孔夫瑯和費(fèi)衍射二、光學(xué)儀器的分辨率一個(gè)透鏡成象的光路可用兩個(gè)透鏡的作用來(lái)等效，同時(shí)，透鏡的邊緣，相當(dāng)于一個(gè)圓形光欄，如圖所示：點(diǎn)物S象S’L點(diǎn)物象L2L1f2f1A瑞利判據(jù)：對(duì)一個(gè)光學(xué)儀器來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)點(diǎn)光源的愛里斑的邊緣剛好與另一個(gè)點(diǎn)光源的愛里斑的中心重合，則這兩個(gè)點(diǎn)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(wàn)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(gè)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(qiáng)分布受單縫衍射光強(qiáng)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(gè)主極大明條紋間有（N-1)個(gè)暗條紋，（N-2)個(gè)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(gè)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(jí)現(xiàn)象(a+b)·sin=k

所得K值就是所缺的級(jí)次（縫間干涉極大）（單縫衍射極?。┘矗海ㄔ瓌t上可取k’＝1，2，3…，但必須同時(shí)滿足k為整數(shù)）如：令k’＝2，4，6，…得k＝3，6，9…處缺級(jí)I/I0sin缺級(jí)缺級(jí)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(jí)，對(duì)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(jí)次級(jí)次越高，光譜越寬，第二級(jí)譜線與第三級(jí)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(zhǎng)4000Ao--7600Ao的白光照射衍射光柵,求第二級(jí)譜線重疊的波長(zhǎng)范圍。解：一.特點(diǎn)AK高壓第五節(jié)X射線衍射(1895年德國(guó)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(qiáng)。是波長(zhǎng)較短的電磁波,范圍在0.001nm--10nm之間在電磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)思考求第三級(jí)譜線重疊的波長(zhǎng)范圍四、干涉與衍射的聯(lián)系及區(qū)別1912年德國(guó)的勞厄首次利用晶體光柵才證實(shí)了X射線的波動(dòng)性。BCP鉛版天然晶體乳膠板在乳膠板上形成對(duì)稱分布的若干衍射斑點(diǎn)，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(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振偏振現(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(gè)互相垂直、振幅相等，沒(méi)有任何相位關(guān)系的光振動(dòng)。??????XY二.自然光：沒(méi)有一個(gè)方向光矢量振動(dòng)更占優(yōu)勢(shì)，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(dòng)方向與傳播方向所構(gòu)成的平面叫振動(dòng)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(gè)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(dòng)(完全)通過(guò),而讓垂直于偏振化方向的光振動(dòng)被(完全)吸收.???I0I0/2I0/2???I0I0/2I=0起偏器檢偏器一束光強(qiáng)為

的線偏光，透過(guò)檢偏器以后，透射光強(qiáng)為：為線偏光的光振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向之間的夾角。振動(dòng)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(yàn)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(qiáng)為I0的入射自然光依次通過(guò)偏振化方向相互垂直的兩個(gè)偏振片后，透射光強(qiáng)為零；若在這兩個(gè)偏振片之間插入另一個(gè)偏振片，其偏振化方向與其中的一個(gè)偏振片的偏振化方向之間的夾角為，求最后的透射光強(qiáng)II0P1P2P3P3P1P2例2:如果兩個(gè)