大学物理光的干涉.pptx
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1、18-1 光波的一般知识光波的一般知识 光波的叠加光波的叠加一、光是一种电磁波一、光是一种电磁波1.光的波动方程光的波动方程 光波中参与与物质相互作用(感光作用、生理光波中参与与物质相互作用(感光作用、生理作用)的作用)的是是 E 矢量,称为矢量,称为光矢量光矢量。E 矢量的振动称为矢量的振动称为光振动光振动。可见光频率范围可见光频率范围可见光波长范围可见光波长范围可见光颜色对照可见光颜色对照2.光速、光的波长和频率光速、光的波长和频率真空中光速真空中光速介质中光速介质中光速介质的折射率介质的折射率光在介质中的波长光在介质中的波长光在介质中的波长是它在真空中波长的光在介质中的波长是它在真空中波
2、长的n分之一。分之一。二、光源二、光源光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子 =(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射普通光源普通光源(热光源和冷光源热光源和冷光源):自发辐射自发辐射独立独立(不同原子发的光不同原子发的光)独立独立(同一原子先后发的光同一原子先后发的光)发光的随机性发光的随机性 发光的间隙性发光的间隙性波列波列波列长波列长L=c1、光源的发光机理、光源的发光机理2.相干光源相干光源能产生振动方向相同、频率相同、相位相同或者相能产生振动方向相同、频率相同、相位相同或者相位差保持恒定的光的两个光源是相干光源。位差保持恒定的光的两个光源是相干光
3、源。1)分波前的方法分波前的方法 杨氏干涉杨氏干涉2)分振幅的方法分振幅的方法 等倾干涉、等厚干涉等倾干涉、等厚干涉3.获得相干光源的方法获得相干光源的方法三三.光波的叠加光波的叠加两频率相同,光矢量方向相同的两频率相同,光矢量方向相同的光源在光源在p点相遇点相遇1、光的非相干叠加、光的非相干叠加独立光源的两束光独立光源的两束光或或同一光源的不同部位同一光源的不同部位所发出所发出的光的位相差的光的位相差“瞬息万变瞬息万变”叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和,叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和,无干涉现象无干涉现象2、光的相干叠加、光的相干叠加满足相干条件的两束光叠加后满足相干条件的
4、两束光叠加后位相差恒定,有干涉现象位相差恒定,有干涉现象若若干涉相长干涉相长干涉相消干涉相消两相干光束两相干光束两非相干光束两非相干光束一个光源一个光源四、光程和光程差四、光程和光程差 1.光程光程 光程差光程差光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程即:即:光程这个概念可将光在介质中走过的路程,折算光程这个概念可将光在介质中走过的路程,折算 为光在真空中的路程为光在真空中的路程光程差光程差光在真空中的波长光在真空中的波长若两相干光源不是同位相的若两相干光源不是同位相的两相干光源同位相,干涉条件两相干光源同位相,干涉条件2.透镜不引起附加光程差透镜不
5、引起附加光程差A、B、C 的位相的位相相同,在相同,在F点会聚,点会聚,互相加强互相加强A、B、C 各点到各点到F点的光程都相等。点的光程都相等。AaF比比BbF经过的几何路程长,但经过的几何路程长,但BbF在透镜中经在透镜中经过的路程比过的路程比AaF长,透镜折射率大于长,透镜折射率大于1,折算成光,折算成光程,程,AaF的光程与的光程与BbF的光程相等。的光程相等。使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。18-2 分波前干涉分波前干涉一、杨氏双缝干涉一、杨氏双缝干涉S1S2S*1.双缝干涉条纹的位置双缝干涉条纹的位置D d光程差:光程差:干涉加强
6、干涉加强明纹位置明纹位置干涉减弱干涉减弱暗纹位置暗纹位置(1)条纹分布条纹分布 明暗相间的条纹对称分布于中心明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧点两侧。(2)条纹间隔条纹间隔 相邻明条纹和相邻暗条纹等间距,与干涉级相邻明条纹和相邻暗条纹等间距,与干涉级k无关无关。2.双缝干涉条纹的特点双缝干涉条纹的特点方法一:方法一:方法二:方法二:D,d一定时,由条纹间距可算出单色光的波长。一定时,由条纹间距可算出单色光的波长。(4)若用复色光源,则干涉条纹是彩色的。若用复色光源,则干涉条纹是彩色的。(3)若将整个装置放于折射率为若将整个装置放于折射率为n的介质中的介质中二、其他分波阵面干涉装置二、其他分波
7、阵面干涉装置1、菲涅耳双面镜、菲涅耳双面镜虚光源虚光源 、平行于平行于明条纹中心的位置明条纹中心的位置屏幕上屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上,屏幕点在两个虚光源连线的垂直平分线上,屏幕上明暗条纹中心对上明暗条纹中心对O点的偏离点的偏离 x为为:暗条纹中心的位置暗条纹中心的位置光栏2 洛埃镜洛埃镜光栏 当屏幕当屏幕 E 移至移至E处,从处,从 S1和和 S2 到到 L点的光点的光程差为零,但是观察到暗条纹,程差为零,但是观察到暗条纹,验证了反射时验证了反射时有半波损失存在。有半波损失存在。问问:原来的零级条纹向上还是向下移?若移至原:原来的零级条纹向上还是向下移?若移至原来的第来的第 k
8、 级明条纹处,其厚度级明条纹处,其厚度 h 为多少?为多少?例:已知例:已知:S2 缝上覆盖缝上覆盖的介质厚度为的介质厚度为 h,折射率,折射率为为 n,设入射光的波长为,设入射光的波长为.解解:从:从S1和和S2发出的相干光所对应的光程差发出的相干光所对应的光程差当光程差为零时,对应当光程差为零时,对应零条纹的位置应满足:零条纹的位置应满足:所以零级明条纹下移所以零级明条纹下移原来原来 k 级明条纹位置满足:级明条纹位置满足:设有介质时零级明条纹移设有介质时零级明条纹移到原来第到原来第 k 级处,它必须级处,它必须同时满足:同时满足:利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和利用薄膜上、下两个表
9、面对入射光的反射和折射,可在反射方向折射,可在反射方向(或透射方向或透射方向)获得相干光束。获得相干光束。一、薄膜干涉一、薄膜干涉扩展光源照射下的薄膜干涉扩展光源照射下的薄膜干涉a1a2a在一均匀透明介质在一均匀透明介质n1中中放入上下表面平行放入上下表面平行,厚度厚度为为e 的均匀介质的均匀介质 n2(n1),用扩展光源照射薄膜,用扩展光源照射薄膜,其其反射和透射光如图所示反射和透射光如图所示18-3 薄膜干涉薄膜干涉光线光线a2与光线与光线 a1的光程差为:的光程差为:半波损失半波损失由折射定律和几何关系可得出:由折射定律和几何关系可得出:a1a2a干涉条件干涉条件薄膜薄膜aa1a2n1n
10、2n3不论入射光的的入射角如何不论入射光的的入射角如何额外程差的确定额外程差的确定满足满足n1n3(或或n1 n2 n2n3(或或n1 n2 n3)不存在额外程差不存在额外程差对同样的入射光来说,当反对同样的入射光来说,当反射方向干涉加强时,在透射射方向干涉加强时,在透射方向就干涉减弱。方向就干涉减弱。二、薄膜干涉的应用二、薄膜干涉的应用 增透膜与增反膜增透膜与增反膜1.增透膜增透膜增加透射率的薄膜。增加透射率的薄膜。利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射,从而使透射增强。干涉条件来减少反射,从而使透射增强。2.增反膜增反膜增加反射率
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