《光的干涉复习总结-d》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光的干涉复习总结-d（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 一 章,光的干涉 复习总结,波 动 光 学,光的干涉总结,光的电磁理论,波的叠加,相干条件,波的干涉,光的干涉,光的衍射,光的偏振,光的叠加,光程 光程差,相干条件,相干光 的获得,分波面法,分振幅法,杨氏双缝干涉,菲涅耳双面镜 双棱镜干涉,劳埃德镜 干涉,P-P干涉,迈氏干涉,薄膜干涉,维纳驻波*,增透、反膜,等厚干涉,等倾干涉,一、光的电磁理论,1、光的本性 光的本性光波是电磁波。,2. 光波中的振动矢量通常指的是电场强度E,3光强（光强度）,二、波的叠加原理,相干叠加,非相干叠加,2,l,光程：,光程差：,相位差：,(,),1,2,1,1,2,2,t,t,c,r,c,r,c,-,=,
2、-,=,d,干涉条件之一,(,),(,),1,2,1,2,2,r,r,k,r,r,-,=,-,=,=,D,l,p,d,p,j,P点光程差,P点相位差,P点光程差,P点相位差,若已知介质1中的波长,1、杨氏双缝干涉：,在旁轴和远场近似条件 即rd 和 r 情况下：,三、 分波面双光束干涉,光程差,最小值点：,条纹间距：,最大值点：,典型习题,求干涉加强（减弱）位置、条纹间距,求加介质片的情况,求斜入射情况,求白光入射情况,注意：角度很小,第六级明纹位置,相邻明条纹间距,求波长、缝宽等的方法类似,仪器放入水中，条纹变密,n =2 、 e =0.01mm片覆盖一条缝上，屏上的第0级亮纹移到,例1,2
3、、菲涅耳双面镜,3、菲涅耳双棱镜干涉实验,d,4、劳埃德镜,半波损失 ：光从光速较大的介质射向光速较小的介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变了 ， 相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失.,P,M,反射光的光程差,四、薄膜干涉,（一）等倾干涉,等倾干涉的图样,1、劈尖 (wedge),光程差 (nnn情形),（二）等厚干涉,条纹间距,每一条纹上各点对应的劈尖厚度相等。,尖顶处为暗纹。,条纹特点,条纹间距相等。,应用检测微小厚度或表面缺陷,空气劈尖长4mm,夹丝厚度0.01mm,相邻明纹对应的厚度差,相邻明纹之间的距离,例2,可出现条纹最高级次,可出现条纹数：0级不存在，
4、则可出现条纹数为40,中间充入水中，条纹变密,劈尖点为第0级暗纹,2、牛顿环 (Newtons rings),一种特殊的劈尖干涉现象(渐变),在空隙上下表面反射的光产生干涉,设空隙介质的折射率为n,于是,*圆环半径,得,(明纹),(暗纹),思考,轻按平凸透镜，条纹如何移动？,将平凸透镜上移，条纹如何移动？,中心处为暗纹,条纹间距不等, 从内到外, 由疏变密。,条纹特点,每一条纹上各点对应的空隙厚度相等,3、迈克尔孙干涉仪,(Michelson Interferometer),利用光的干涉进行精密测量,迈克尔孙干涉仪的主要特性,两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法
5、改变两光束的光程差.,移动反射镜,M2移动距离x光程差改变2x 条纹移动m条 2x=m,应用：测量微小位移或介质折射率,e.g.,光路中插入介质片光程差改变2(n-1)d 条纹移动m条 2(n-1)d=m,1干涉条纹的可见度V定义为：,五、条纹的可见度 *时间空间相干性,2影响干涉条纹可见度大小的因素：,可见度大小与振幅比有关。,一、干涉条纹的可见度,当波长+的第j级与波长的第j+1级重合时，条纹完全重合可见度为零。即：=j（+）=（ j+1）,二、光源的非单色性对干涉条纹的影响,由此得：,最大光程差：,相当于相干长度。,六、 菲涅耳公式,1电磁场边界条件与菲涅耳公式 边界两边的电场和磁场是连
6、续的无跳跃的，即：E1=E2(Es1=Es2、Ep1=Ep2) H1=H2(Hs1=Hs2、Hp1=Hp2) 由此可得：,（1）,（2）,（3）,（4）,菲涅耳公式,七、 法布里珀罗干涉 多光束干涉,一、多光束干涉的强度分布公式,设入射光,透射光振幅以等比依次减小相位差以等差（2n2d0cosi2）依次增加。,合振幅：,3、等振幅的多光束干涉（介绍）：,当N很大时最强的次最大不超过主最大的1/23,例3,如图，在双缝实验中，P点处是明纹。若将缝S2盖住，并在S1S2连线的垂直平分面处放一反射镜M，则P点处的条纹有何变化？,答：,由明纹变为暗纹。,S1MP的几何路程与S2P相同，但有半波损失 L
7、改变/2,理由：,例4,(A)凸起且高度为/4,(B)凸起且高度为/2,(C)凹陷且深度为/2,(D)凹陷且深度为/4,如图，每一条纹弯曲部分的顶点恰与其左边条纹直线部分的连线相切，则工件表面与条纹弯曲处对应的部分,解：,条纹向尖顶方向弯曲 工件表面有一凹槽,相邻条纹对应的气隙厚度相差/2 凹槽深度=/2,思考,若条纹向相反方向弯曲，结果？,(C),例5,折射率为1.60的两块平玻璃板之间形成空气劈尖，用=600nm的光垂直入射。当在劈尖内充满n=1.40的液体时相邻明纹间距缩小0.5mm，则劈尖角= .,解：,空气：条纹间距,液体：条纹间距,思考,为什么充液时条纹间距缩小？,如何测量液体折射
8、率？,*例6,在牛顿环装置的平凸透镜和平板玻璃间充以某种透明液体，发现第10个明环的直径由充液前的14.8cm变成12.7cm，求液体折射率n .,解：,充液后，明环半径,充液前，明环半径,对同一k，有,于是,EXERCISES,如图，装置放在空气中，光波长为，已知P点处为第三级明纹，则S1、S2到P点的光程差为 ；若将装置放在某种液体中，此时P点为第四级明纹，则液体折射率n= .,解：, L1=3, L2=4, n= 4 /L1,思考,在液体中, 条纹间距是原来的多少倍?,= nL1,= 4 / 3=4/3,如图，光波长为，将一透明劈尖插入光线2中，则当劈尖缓慢上移时(只遮住S2)，屏上干涉
9、条纹,(A)间隔变大，向下移动。,(B)间隔变小，向上移动。,(C)间隔不变，向下移动。,(D)间隔不变，向上移动。,解：, (C),插入劈尖后，光程差为,L=dsin+(n-1)e,保持L不变，若 e，则 ，条纹向下移动。,又，e一定，L的改变由dsin决定 与没有劈尖时一样 条纹间距不变,思考,若插入介质薄片，结果?,如图，斜入射，则P点处两相干光的光程差为 。,解：,L= r2 -(dsin+r1)= r2 - r1-dsin,思考,干涉图样与正入射时相比, 有何异同?, 在折射率n=1.50的玻璃上，镀上n=1.35的介质薄膜。光波垂直入射，观察反射光的干涉，发现对1=6000 的光波
10、干涉相消，对2=7000 的光波干涉相长，且在两者之间没有别的波长是最大限度相消或相长的情形。求所镀介质膜的厚度。,解：,光程差 L=2ne,按题意,L不变，1 增至 2，(2k+1) 减至 2k：,思考,若薄膜对1相长，对2相消, 结果?,如图，两块平板玻璃一端接触，另一端用纸片隔开，形成一空气劈尖。用单色光垂直照射，观察透射光的干涉条纹。设A点处空气薄膜厚度为e，求发生干涉的两束透射光的光程差。在劈尖顶点处，透射光的干涉条纹是明纹还是暗纹？,解：,两束透射光中，一束在劈尖上下表面都经历了反射，有两次半波损失，另一束未经历反射。光程差：L=2e,思考,反射光的干涉, 结果?,在顶点处，e=0
11、， L=0 明纹,解：,两块平玻璃构成空气劈尖，用单色平行光垂直入射。若上面的平玻璃慢慢地向上平移，则干涉条纹,(A)向棱边方向平移，条纹间隔变小。,(B)向棱边方向平移，条纹间隔变大。,(C)向棱边方向平移，条纹间隔不变。,(D)向远离棱边的方向平移，条纹间隔不变。,(E)向远离棱边的方向平移，条纹间隔变小。,又，劈尖角不变 条纹间距不变, (C),思考,玻板向上平移距离与条纹移动数目间的关系?,上板上移一定气隙厚度的位置向左移动条纹向棱边方向平移；,如图，两个平行滚柱夹在两块平晶之间形成空气劈尖，当单色光垂直入射时，产生等厚条纹。若滚柱之间距离变小，则在此范围内，干涉条纹的 (A)数目减少
12、，间距变大。 (B)数目不变，间距变小。 (C)数目增加，间距变小。 (D)数目减少，间距不变。,解：,滚柱移动 两柱所在处的气隙厚度之差未变 条纹数目不变，间距变小, (B),思考,滚柱间距的变化与条纹间距的变化，有何定量关系?,若滚柱间距变大，结果?,用波长为的平行单色光垂直照射如图所示的装置，观察空气薄膜上下表面反射光形成的等厚干涉条纹，试在图下方的方框内画出相应的暗纹，表示出它们的形状、条数和疏密。,解：,下板的上表面为球面条纹为环状,光程差 L=2e+/2 边缘处为暗纹,该气隙可看成由一系列空气劈尖组成 由内向外，顶角逐渐增大 条纹由疏变密。,气隙厚度每改变/2，就出现一条暗纹 e=
13、 /2, , 3/2 处也为暗纹,共有4条暗纹,在迈克尔孙干涉仪的一支光路中，放入一片折射率为n的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长，则薄膜的厚度是 。,解：,按题意，有 2(n-1)e=,于是,思考,条纹移动数?,光学小论文题目内容一、光学的基本原理、基本方法和基本内容的总结与分析。 二、重点难点内容的释疑与多方分析。 三、光学的应用设计。 四、生活中的光学现象的分析与研究。 五、光学学习方法的总结与体会。,1、光速的电磁理论和表达式 2、光强度与能流密度 3、振动三种表达方式的特点与应用 4、波动方程的表达式 5、光的相干条件 6、两单色点光源在空间中的干涉图样 7、原子
14、的发光与干涉的观察 8、菲涅耳公式的证明 9、光在介面上的电场和磁场及能量 10、半波损失的讨论 11、时间相干性和空间相干性 12、空间相干性的应用 13、薄膜的干涉图样 14、等厚干涉的应用 15、增透膜与滤色片,16、迈克耳孙干涉应用与开发 17、法布里珀罗干涉图样的特点 18、等倾干涉的级次 19、复色光的干涉条纹分布特点 20、干涉测量应用设计 21、日常生活中的干涉现象 22、光的干涉中的近似处理 23、光的干涉学习方法 24、光的干涉物理思想 25、两振动方向成一定角度时干涉问题 26、利用太阳光产生干涉的条件 27、肥皂膜上的干涉现象研究 28、托马斯杨与光的干涉 29、菲涅耳
15、与光的干涉 30、光的干涉与光的波动理论建立,31、光的衍射现象与解释 32、惠更斯与菲涅耳的波动学说 33、菲涅耳半波带的应用 34、最优圆屏衍射设计 35、波带片及其应用 36、波带片的次焦点形成与性质 37、光的直线传播与衍射的联系 38、光的直边衍射的理论分析 39、衍射的矢量叠加方法与应用 40、单缝衍射次最大超越方程的解 41、夫琅禾费圆孔衍射的光强分布 42、光栅衍射次最大的光强与位置 43、干涉衍射的区别与联系 44、闪耀光栅闪耀角与光谱光强分布 45、布拉格衍射及其实验验证,46、费马原理的应用 47、光在折射平面的成像研究与观测 48、全反射与光的隧道效应 49、光纤及其应用 50、近轴物在近轴光线是的成像研究 51、光具组成像公式的证明 52、光学系统成像及其性质的普遍公式研究 53、薄透镜的组合及其成像 54、复合光具组的基点和基面的性质 55、横偏向棱镜的光路分析及其应用 56、弯曲光线的形成与分析 57、大气对光的折射与反射 58、无像差系统的设计 59、光学系统的作图求像法技巧与实例 60、非均匀折射率介质对光线折射及其应用,
