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1、第一章第一章 光的干涉复习光的干涉复习光的干涉光的干涉相干条件相干条件光程和光程差光程和光程差相干光的获得相干光的获得分波阵面法分波阵面法杨氏实验杨氏实验洛埃镜洛埃镜菲涅耳双面镜菲涅耳双面镜维纳驻波实验维纳驻波实验分振幅法分振幅法薄膜干涉薄膜干涉迈克尔孙干涉仪迈克尔孙干涉仪劈尖干涉劈尖干涉牛顿环牛顿环等厚干涉等厚干涉等倾干涉等倾干涉法布里珀罗干涉仪（多光束干涉）法布里珀罗干涉仪（多光束干涉）干涉的基本概念干涉的基本概念n光强度，干涉，干涉花样光强度，干涉，干涉花样n相干叠加与非相干叠加相干叠加与非相干叠加n相位差与光程差相位差与光程差n两列单色波的干涉花样及其特点两列单色波的干涉花样及其特点几
2、种典型的分波面干涉几种典型的分波面干涉n杨氏干涉杨氏干涉 原理和干涉条件原理和干涉条件 干涉花样干涉花样n菲涅耳双面镜菲涅耳双面镜 原理和干涉花样原理和干涉花样n洛埃镜洛埃镜 原理图原理图n维纳驻波实验维纳驻波实验影响干涉花样的几个因素影响干涉花样的几个因素可见度可见度时间相干性时间相干性空间相干性空间相干性光源的线度光源的线度光源的非单色性光源的非单色性菲涅耳公式与菲涅耳公式与半波损失半波损失n菲涅耳公式的意义菲涅耳公式的意义n怎样理解半波损失怎样理解半波损失分振幅干涉分振幅干涉等倾薄膜干涉等倾薄膜干涉n原理图原理图n干涉条件干涉条件n等倾干涉条纹等倾干涉条纹等厚薄膜干涉等厚薄膜干涉n原理图
3、原理图n干涉条件干涉条件n等厚干涉条纹等厚干涉条纹迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪法布里法布里-珀罗干涉仪珀罗干涉仪Michelsonn原理图原理图n干涉条件干涉条件n干涉花样及特点干涉花样及特点Fabry-Perotn原理图原理图n多光束干涉多光束干涉n干涉花样及特点干涉花样及特点干涉现象的应用干涉现象的应用 牛顿环牛顿环n检查光学元件的表面检查光学元件的表面n镀膜光学元件镀膜光学元件n测量长度的微变测量长度的微变n牛顿环牛顿环1 1杨氏双缝干涉中，若有下列变动，干涉条纹将如何变化杨氏双缝干涉中，若有下列变动，干涉条纹将如何变化（1 1）把整个装置浸入水中，条纹间隔如何变化？）把整个装置浸入水中
4、，条纹间隔如何变化？此时波长为此时波长为 ，则条纹变密则条纹变密（2 2）在缝）在缝S S2 2处慢慢插入一块玻璃片，条纹移动方向？处慢慢插入一块玻璃片，条纹移动方向？图示由于图示由于 S S2 2 到到 O O 点的光程逐渐增加，因此点的光程逐渐增加，因此S S1 1到屏和到屏和S S2 2到屏两束光线相遇处的光程差为零的位置向下移动。到屏两束光线相遇处的光程差为零的位置向下移动。整个干涉条纹整个干涉条纹向下移动向下移动。（3 3）把缝隙）把缝隙S S2 2遮住，并在两缝垂直平面上放一平面反射镜遮住，并在两缝垂直平面上放一平面反射镜 此时两束光的干涉如图所示，由于此时两束光的干涉如图所示，由
5、于S1光线在平面光线在平面镜反射且有半波损失镜反射且有半波损失 ，因此干涉条纹仅在，因此干涉条纹仅在O O点上方，且明暗条纹位置与原来相反。点上方，且明暗条纹位置与原来相反。（4 4）两缝宽度稍有不等）两缝宽度稍有不等 干涉条纹位置不变，但干涉减弱不为零（暗），整干涉条纹位置不变，但干涉减弱不为零（暗），整个条纹对比度下降，不够清晰。个条纹对比度下降，不够清晰。 由于两束光频率不同，不相干，无干涉条纹。由于两束光频率不同，不相干，无干涉条纹。（5 5）分别用红、蓝滤色片各遮住）分别用红、蓝滤色片各遮住S S1 1和和S S2 2（6 6）将光源沿平行）将光源沿平行 S S1 1S S2 2 连
6、线方向作微小移动连线方向作微小移动如果光源如果光源S S有一定宽度，情况又如何？（光的空间相干性）有一定宽度，情况又如何？（光的空间相干性） 图示图示S S向下移动，此时向下移动，此时 ，于是中央明，于是中央明纹的位置向上移动（为什么？）纹的位置向上移动（为什么？）2.用劈尖干涉法可检测工件表面缺陷，当波长为用劈尖干涉法可检测工件表面缺陷，当波长为 的的单色平行光垂直入射，若观察到的干涉条纹如图所示，单色平行光垂直入射，若观察到的干涉条纹如图所示，每一条纹弯曲部分的顶点恰好与其左边条纹的直线部分每一条纹弯曲部分的顶点恰好与其左边条纹的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：的连线
7、相切，则工件表面与条纹弯曲处对应的部分：空气劈尖空气劈尖工件平面玻璃平面玻璃（A A）凸起，且高度为）凸起，且高度为 /4/4；（B B）凸起，且高度为）凸起，且高度为 /2/2；（C C）凹陷，且深度为）凹陷，且深度为 /2/2；（D D）凹陷，且深度为）凹陷，且深度为 /4/4。C空气劈尖空气劈尖工件平面玻璃平面玻璃3 3图示牛顿环装置中，平板玻璃由两部分组成的图示牛顿环装置中，平板玻璃由两部分组成的 ( )( )，透镜玻璃的折射率，透镜玻璃的折射率 ，玻璃与透镜之间的间隙充满玻璃与透镜之间的间隙充满 的介质，试讨的介质，试讨论形成牛顿环的图样如何？论形成牛顿环的图样如何？讨论讨论： 分别
8、写出左右两侧的反射光的光程差表示式分别写出左右两侧的反射光的光程差表示式（对应同一厚度）（对应同一厚度） 与与 可见，对应同一厚度处，左右两侧的光程差相差可见，对应同一厚度处，左右两侧的光程差相差半波长半波长 , ,即左边厚度即左边厚度 处为暗纹时，右边对应处为暗纹时，右边对应厚度厚度 处却为明纹，反之亦然，因此可观察到的处却为明纹，反之亦然，因此可观察到的牛顿环的图样是：牛顿环的图样是：左右两侧明暗相反的半圆环条纹（图示）左右两侧明暗相反的半圆环条纹（图示） 4 4测量薄膜厚度。图示欲测定测量薄膜厚度。图示欲测定 的厚度，通常将的厚度，通常将其磨成图示劈尖状，然后用光的干涉方法测量。若以其磨
9、成图示劈尖状，然后用光的干涉方法测量。若以 光垂直入射，看到七条暗纹，且第七条光垂直入射，看到七条暗纹，且第七条位于位于N N处，问该膜厚为多少处，问该膜厚为多少? ?解：解：由于由于则则由暗条纹条件得由暗条纹条件得 已知已知 N N 处为第七条暗纹，而靠棱边处对应处为第七条暗纹，而靠棱边处对应 的暗纹，所以取的暗纹，所以取 ，得，得 方法方法2 2：劈尖相邻明条（暗条）间的垂直距离为劈尖相邻明条（暗条）间的垂直距离为 ，今有七条暗纹，棱边为明条纹，则其厚度，今有七条暗纹，棱边为明条纹，则其厚度5 5折射率为折射率为n =1.20=1.20的油滴在平面玻璃上（折射率的油滴在平面玻璃上（折射率为
10、为 形成球形油膜，以形成球形油膜，以 光光 垂直入射，观察油膜反射光的干涉条纹，求若油膜垂直入射，观察油膜反射光的干涉条纹，求若油膜中心最高点与玻璃平面相距中心最高点与玻璃平面相距1200nm1200nm，能观察到几条，能观察到几条明纹？明纹？ 解：解： 在油膜上、下两表面反射光均有相位跃变，所以，在油膜上、下两表面反射光均有相位跃变，所以，两反射光无附加光程差两反射光无附加光程差因此明纹条件满足因此明纹条件满足（1 1）（ ） 时，时，（油膜边缘处）（油膜边缘处）（或以（或以 代入式代入式(1)(1)，可得，可得 j 取整数）取整数）即可看到五条明纹同心圆环）即可看到五条明纹同心圆环）讨论：
11、当油膜扩大时，条纹间距将发生什么变化？讨论：当油膜扩大时，条纹间距将发生什么变化？（不变，变小，变大）（不变，变小，变大）变大！变大！第二章第二章 光的衍射复习光的衍射复习实质解释实质解释半波半波带法带法光光的的衍衍射射单缝单缝、圆孔圆孔衍射现象、衍射现象、条件、应用条件、应用惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理分析分析方法方法解解释释光栅光栅衍射现衍射现象、条件、象、条件、应用应用菲涅耳衍射菲涅耳衍射夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射*X射线衍射射线衍射分类分类积分法积分法1.惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理 波面上每个面元都可看成是一个新的球面子波源波面上每个面元都可看成是一个新的球面子波源. .波面
12、前方任一点的振幅是波面上所有子波源发出次波面前方任一点的振幅是波面上所有子波源发出次波相干叠加的结果波相干叠加的结果.2.菲涅耳衍射：菲涅耳衍射：光源、观察屏在有限距离光源、观察屏在有限距离方法：方法：半波带法半波带法单单缝缝圆孔轴上圆孔轴上圆屏轴上圆屏轴上奇正，奇正，偶负偶负rkPr0B0RRhhOS圆孔轴上圆孔轴上PO在在圆屏几何影子中心的合振幅都屏几何影子中心的合振幅都为:圆屏轴上圆屏轴上轴上永远是亮点轴上永远是亮点.轴上亮暗变化轴上亮暗变化波带片：波带片：3.夫琅禾费衍射：夫琅禾费衍射：光源、观察屏都在光源、观察屏都在远远.方法：方法：积分法求衍射强度积分法求衍射强度.极小值：极小值：
13、中央亮纹线宽度中央亮纹线宽度:中央亮纹角宽度中央亮纹角宽度:1)单缝单缝:2)圆孔圆孔:中央亮斑（艾里斑）半角宽度中央亮斑（艾里斑）半角宽度:3)光栅光栅:dsinq q = j 多光束干涉主最大，多光束干涉主最大，(垂直入射垂直入射) bsinq q = k 单缝衍射单缝衍射 dsinq q = j 光栅方程光栅方程 d (sinq qsinq q0 0 )= j 斜入射时斜入射时(同同”+”异异”-”)i.光栅方程光栅方程:iii.缺级缺级: ii.谱线半角宽度谱线半角宽度:dsinq q = j/ / N N多缝干涉极小多缝干涉极小 1 1由下列光强分布曲线，回答下列问题由下列光强分布曲
14、线，回答下列问题（1 1）各图分别表示几缝衍射？）各图分别表示几缝衍射？（2 2）入射波长相同，哪一个图对应的缝最宽？）入射波长相同，哪一个图对应的缝最宽？讨论题：（3 3）各图的）各图的 等于多少？有哪些缺级等于多少？有哪些缺级? ?图（图（a a）图（图（b b）图（图（c c）图（图（a a）图（图（a a）双缝衍射）双缝衍射缺级缺级中央明纹中有中央明纹中有3 3个主极大个主极大图（b）缺级缺级中央明纹中有中央明纹中有7 7个主极大个主极大图（c）单缝衍射单缝衍射缝最宽缝最宽零级明纹宽度零级明纹宽度例例:波长为波长为 =590nm的平行光正入射到每毫米的平行光正入射到每毫米500条刻条刻
15、痕的光栅上时痕的光栅上时,屏幕上最多可以看到多少条明纹屏幕上最多可以看到多少条明纹?解：解：光栅常数光栅常数思考思考:在上题条件下，平行光斜入射在上题条件下，平行光斜入射 i =300时，屏幕上时，屏幕上最多可以看到哪些条明纹？最多可以看到哪些条明纹？可以看到可以看到条明纹条明纹. =500nm的平行光以的平行光以 0=300斜入射斜入射，已知，已知d=0.01mm求：（求：（1）0级谱线的衍射角（级谱线的衍射角（2）O点两侧可能见到的点两侧可能见到的谱线的最高级次和总的谱线数。谱线的最高级次和总的谱线数。解解：（1）例例：（2）最高最高29级级,共共39条谱线条谱线(包括零级包括零级).N1例例:天线列阵由一沿水平直线等距排列的天线列阵由一沿水平直线等距排列的N个天线组个天线组成，每个天线均发射波长为成，每个天线均发射波长为 的球面电磁波的球面电磁波.但从但从第第一个天线到第一个天线到第N个天线个天线,位相依次落后位相依次落后 /2,若若相邻天线中心间的距离相邻天线中心间的距离d= /2，问：离天线很远，问：离天线很远处什么方向上，（与天线列阵的法线夹角处什么方向上，（与天线列阵的法线夹角 =?）天）天线列阵发射的电磁线列阵发射的电磁波波最强最强?.N1 030- -= = 解解:最强最强:中央明纹中央明纹在在 =-300的方向上的方向上.
