大物课件——光的干涉

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1、*1*2自古以来神奇的光一直吸引着人们：光是什么？是粒子、是波、是能量？光 怎样从物质中发出？又怎样成为物质的一 部分？光速为什么是宇宙物质运动的极限 ？有些科学已作了回答，有些还在争 论不休。但毕竟想方设法去了解光，已带 来了物理学一场又一场的革命！*3（1）以牛顿为代表的微粒说几何光学（2）以惠更斯为代表的波动说波动光学（3）以爱因斯坦为代表的量子说量子光学量子光学物理光学光学几何光学波动光学光的偏振光的衍射光的干涉两个或多个光波在空间相遇时，使某些地方光的 强度始终加强，而使另一些地方光的强度始终减 弱，结果使光的强度形成稳定的分布。光的干涉光学具有代表性的学说*412.1 杨氏双缝干涉

2、实验一、获得相干光的方法1. 光波(1) 光波是电磁波 (2) 光速 c=3.0108m/s(3) 光波是横波(4) 只考虑 振动光矢量 光振动我开了两盏灯 ，为什么没看 见干涉条纹 ?干涉是有条件的!2. 光的相干条件： 频率相同、振动方向相同、位相相同或位相差恒定*53. 光源发光的复杂性光是由光源中原子或分子的能 量状态发生跃迁时辐射出来的0基态激发态(1) 大量原子、分子独立发出 的光，频率不同。(2) 原子、分子发光是间歇的。两个独立的光源不能构成相干光；即使是同一个原 子发出的前后两列波，也很难保证同时满足三个相 干条件。要获得相干光需要采取特殊的方法。*64. 获得相干光的方法把

3、同一光源同一点发出的光设 法分成两部分,然后再相遇。 光源P一点二、杨氏双缝干涉实验分振幅法和分波阵面法。*71.形成明纹、暗纹的条件dD=明纹暗纹*82.明纹、暗纹的位置(中心位置)=明纹暗纹明纹中心位置:暗纹中心位置:3. 相邻明纹(或暗纹)间距离dD*94.结论dD(1) 明、暗条纹等间距地 分布在中央明纹两侧。(2) 由于光波波长很小 ，要产生清晰可见的 干涉条纹，必须要求 Dd。(3) 若D、d不变,x正比于波长。 波长大小红紫 条纹稀条纹密*10o紫红紫红k级x紫红k+1级(2级)白光 白色波 长大小红紫(4) 用白光照射 中央明纹是白色 其余各级条纹是紫到红的彩色光带 彩色光带的

4、宽度 当级数高到一定程度时,有重迭现象 假设从第K级开始重迭说明从第2级开始重迭在重迭区域波程差相等 =*11三、其它分波阵面的干涉实验1.菲涅耳双棱镜实验2.菲涅耳双面镜实验*12D3.洛埃镜实验应该是明纹。但实际却是暗纹！该实验证明： 光也具有半波 损失！P*13四、光程和光程差 1. 光程dDn条纹下移明 暗 明真空媒质n光在媒质中传播的 几何路程r与媒质折 射率n的乘积nrnr*142. 光程差3. 位相差与光程差的关系 4. 利用光程差表示干涉加强、减弱条件=明纹暗纹明纹 暗纹5. 光通过薄透 镜时不产生附 加的光程差*15dDn例1:讨论双缝干涉装置 的一缝后插入透明 媒质,屏幕上

5、条纹的 移动问题。解:真空中:中央明纹插入媒质:(1) 讨论S2后面插入折 射率为n,厚度为 的 透明媒质。*16中央明纹 在O点下方条纹下移条纹间距不变(2) S1后面插入媒质中央明纹在O点上方条纹上移条纹间距不变结论:干 涉条纹 向光程 增大的 一侧移 动, 间 距不变 。*17以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与屏的垂 直距离为1m. 从第一级明纹到同侧第四级明纹间的距离为7.5mm, 求单色光波长?例2:解：(1)d = 0.2mm D = 1m（2）若入射光的波长为6000 ,求相邻两明纹的间距?*18解：光程差改变条纹移动 N=4杨氏双缝实验，=500nm ，在一光路中插

6、入玻 璃片（n=1.5）后O点变为4级明纹中心。 求： 玻璃片厚度。例3:*191.形成明纹、暗纹的条件 明纹暗纹d dD D2.明纹、暗纹的位置(中心位置)明纹中心位置:暗纹中心位置:3. 相邻明纹(或暗纹)间距离杨氏双缝干涉实验小 结*20o紫红紫红k级x紫红k+1级(2级)白光 白色波 长大小红紫4.用白光照射 中央明纹是白色 其余各级条纹是紫到红的彩色光带 彩色光带的宽度 当级数高到一定程度时,有重迭现象 假设从第K级开始重迭说明从第2级开始重迭在重迭区域波程差相等 =*21干涉条纹向光程增大的一侧移动,条纹间距不变5.条纹移动问题6.光程和光程差（1） 光程（2） 光程差（3） 位相

7、差与光程差的关系（4） 光通过薄透镜时不产生附加的光程差1.形成明纹、暗纹的条件 明纹暗纹d dD D2.明纹、暗纹的位置(中心位置)明纹中心位置:暗纹中心位置:3. 相邻明纹(或暗纹)间距离杨氏双缝干涉实验小 结o紫红紫红k级x紫红k+1级(2级)白光 白色波 长大小红紫4.用白光照射 中央明纹是白色 其余各级条纹是紫到红的彩色光带 彩色光带的宽度 当级数高到一定程度时,有重迭现象 假设从第K级开始重迭说明从第2级开始重迭在重迭区域波程差相等 =干涉条纹向光程增大的一侧移动,条纹间距不变5.条纹移动问题6.光程和光程差（1） 光程（2） 光程差（3） 位相差与光程差的关系（4） 光通过薄透镜

8、时不产生附加的光程差12.2 劈尖干涉和牛顿环干涉 一、劈尖干涉1. 形成明、暗纹的条件明纹暗纹棱边：劈尖干涉的图样是一系列平行于 棱边的明、暗相间的直条纹。棱边K的取值：2. 相邻两明纹(或暗纹)所对应的膜的厚度差3. 相邻两明纹(或暗纹)间距离(1) 条纹是等间距(2) 条纹间距与有关4. 条纹的移动与膜厚改变量之间的关系 K级明纹M M点的光程差改变M点移动一个条纹M点移动一个条纹膜的厚度改变 M点移动N个条纹膜的厚度改变 介质中相邻两条明纹间距5. 劈尖干涉的应用 (1) 测量微小长度和微小角度干涉膨涨仪(2) 测量长度的微小变化样品长度的改变量样品原长温度改变量平面上有凸起平面上有凹

9、坑待测标准(3) 检查平面质量条 纹 偏 向 膜 (空气) 厚部分条 纹 偏 向 膜( 空气) 薄部分条纹为平行于 棱边的直条纹平面平整光洁牛 顿 环牛顿环的特点： 级次内低外高 间距内疏外密BCAO明环暗环 K的取值：1. 形成明、暗环的条件接触点：二、牛顿环BCA O2. 明、暗环半径压环外扩：压环内缩：(3) 检查透镜表面曲率(2) 测凸透镜的曲率半径3. 牛顿环的应用(1) 测波长要打磨中央部分要打磨边缘部分三、增透膜和增反膜1. 增透膜：使反射光干涉减弱、透射光干涉加强的薄膜 应用在：显微镜、照相机、望远镜的透镜等。2. 增反膜： 应用在：眼镜、轿车玻璃、激光器谐振腔内反射镜等。直射

10、到膜的表面，欲使反射光中=550nm 的成分相消， 求：膜的最小厚度。例1： 玻璃 n3=1.5， 镀MgF2 n2=1.38，放在 空气中，白光垂解：使透射光干涉减弱、反射光干涉加强的薄膜 例2:解：两块折射率为 1.6 的标准平面玻璃之间形成一个空气 劈尖，用 =600nm 的单色光垂直入射，产生等厚干涉 条纹。当劈尖内充 入n=1.4 的液体时，条纹间距比空 气时缩小 =0.5mm , 那么劈尖角=？例3:牛顿环干涉实验，已知凸透镜的曲率半径 ， 牛顿环的最大半径 ， 若入射光的波长。 求：（1）可产生多少个环形干涉条纹。（2）若把该装置浸没在水中（ ），会看到多少环形干涉条纹。 解：

11、由明环半径：则：（1）真空时： ，则：即：只能看到34条条纹。（2）有介质时： ，则：即：能看到45条条纹。例4：在一平玻璃上放一平凹透镜，薄膜层为空气(1) 边缘是明纹还是暗纹？ (2) 最多能看到几级暗纹?解: (1)明纹暗纹边缘边缘是0级暗纹(2)所以最多能看到第3级暗纹,共4条暗纹小 结一、劈尖干涉 1. 形成明、暗纹的条件明纹暗纹2. 相邻两明纹(或暗纹) 所对应的膜的厚度差3. 相邻两明纹(或暗纹)间距离4. 条纹的移动与膜厚改变量之间的关系 K级明 纹M介质中明环暗环1. 形成明、暗环的条件二、牛顿环BCAO2. 明、暗环半径三、增透膜和增反膜 1. 增透膜：使反射光干涉减弱、透

12、射光干涉加强的薄膜 2. 增反膜：使透射光干涉减弱、反射光干涉加强的薄膜 小 结一、劈尖干涉 1. 形成明、暗纹的条件明纹暗纹2. 相邻两明纹(或暗纹) 所对应的膜的厚度差3. 相邻两明纹(或暗纹)间距离4. 条纹的移动与膜厚改变量之间的关系 K级明 纹M介质中明环暗环1. 形成明、暗环的条件二、牛顿环BCAO2. 明、暗环半径三、增透膜和增反膜 1. 增透膜：使反射光干涉减弱、透射光干涉加强的薄膜 2. 增反膜：使透射光干涉减弱、反射光干涉加强的薄膜 12.3 迈克尔逊干涉仪一 、仪器结构：(固定)分光板补偿板观察孔二、仪器原理： 光干涉原理。(1) 当 时等厚空气膜等倾干涉（2）当 不严格

13、垂直 时形成空气劈尖等厚干涉(可动)三、仪器的应用测量微小长度（可测不透明物体）(2) 在光路上加透明物体测厚度（实际还可测 等）（固定 ）分光板补偿板观察孔1.形成明纹、暗纹的条件 明纹暗纹d dD D2.明纹、暗纹的位置(中心位置)明纹中心位置:暗纹中心位置:3. 相邻明纹(或暗纹)间距离一、双缝干涉第十二章 小 结o紫红紫红k级x紫红k+1级(2级)白光 白色波 长大小红紫4.用白光照射 中央明纹是白色 其余各级条纹是紫到红的彩色光带 彩色光带的宽度 当级数高到一定程度时,有重迭现象 假设从第K级开始重迭说明从第2级开始重迭在重迭区域波程差相等 =干涉条纹向光程增大的一侧移动,条纹间距不

14、变5.条纹移动问题6.光程和光程差（1） 光程（2） 光程差（3） 位相差与光程差的关系（4） 光通过薄透镜时不产生附加的光程差二、劈尖干涉1. 形成明、暗纹的条件明纹暗纹2. 相邻两明纹(或暗纹) 所对应的膜的厚度差3. 相邻两明纹(或暗纹)间距离4. 条纹的移动与膜厚改变量之间的关系 K级明 纹M介质中明环暗环1. 形成明、暗环的条件三、牛顿环BCAO2. 明、暗环半径四、增透膜和增反膜 1. 增透膜：使反射光干涉减弱、透射光干涉加强的薄膜 2. 增反膜：使透射光干涉减弱、反射光干涉加强的薄膜 五、迈克尔逊干涉仪测量微小长度（可测不透明物体）(2) 在光路上加透明物体测厚度（实际还可测 等

15、）（固定 ）分光板补偿板观察孔第十二章选择题1、在真空中波长为 的单色光，在折射率为n的透明介质中从 A沿某路径传播到B，若A、B两点相位差为3 ，则此路径AB 的光程为 (A) (B) (C) (D) 解：A2、如图所示，平行单色光垂直照射到薄膜上 ，经上下两表面反射的两束光发生干涉，若 薄膜的厚度为e，并且n1n2n3，l1为入射 光在折射率为n1的媒质中的波长，则两束反射 光在相遇点的相位差为 (A) 2pn2e / ( n1 l1) (B)4pn1e / ( n2 l1) + p (C) 4pn2e / ( n1 l1) + p(D) 4pn2e / ( n1 l1)解：C3、真空中波长为 的单色光，在折射率为n的均匀透明媒质 中，从A点沿某一路径传播到B点，路径的长度为lA、B两点 光振动相位差记为Df，则 (A) l3 l / 2，Df3p (B) l3 l / (2n)，Df3np (C) l3 l / (2n)，Df3p (D) l3nl / 2，D