劳埃德镜和菲涅尔双面镜102分振幅干涉.pptx
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1、 复习讨论波动复习讨论波动1.横波横波2.纵波纵波3.驻波驻波4.驻波的节驻波的节,腹距离腹距离5.驻波的节驻波的节,腹位相腹位相6.驻波的能量分布驻波的能量分布,形式形式,流向流向7.固定端反射波方程固定端反射波方程8.自由端反射波方程自由端反射波方程.光学是研究光学是研究光的传播光的传播以及以及它和物质相互作用它和物质相互作用问题的学科。问题的学科。光学通常分为以下三个部分:光学通常分为以下三个部分:几何光学:几何光学:以光的直线传播规律为基础,以光的直线传播规律为基础,波动光学:波动光学:研究光的传播规律中波动性质,研究光的传播规律中波动性质,量子光学:量子光学:以光的量子理论以光的量子
2、理论(粒子性粒子性)为基础为基础(laser),研究各种成象光学仪器的理论。研究各种成象光学仪器的理论。是干涉、衍射、偏振的理论和应用。是干涉、衍射、偏振的理论和应用。研究光与物质相互作用的规律。研究光与物质相互作用的规律。主要主要特别特别波波波波 动动动动 光光光光 学学学学第十章第十章 光的干涉光的干涉10-1 分波前干涉分波前干涉1.1.光的相干光的相干2.2.杨氏干涉实验杨氏干涉实验3.3.其它干涉装置其它干涉装置:劳埃德镜和菲涅尔双面镜劳埃德镜和菲涅尔双面镜10-2 分振幅干涉分振幅干涉 薄膜干涉薄膜干涉1 1.等倾干涉等倾干涉2.2.等厚干涉等厚干涉:劈尖干涉和牛顿环劈尖干涉和牛顿
3、环3.3.麦克尔逊干涉仪麦克尔逊干涉仪10-1 分波前干涉分波前干涉一一.光的相干光的相干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波列波列波列长波列长 L=c10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉任何发光的物体任何发光的物体,都可以叫做光源都可以叫做光源.2.相干光源:满足相干条件的两相干光源:满足相干条件的两(或多或多)个光源个光源1.普通光源:普通光源:自发辐射自发辐射,热辐射热辐射独立独立(同一原子先后发的光)同一原子先后发的光)独立独立(不同原子发的光)(不同原子发的光)10-1 10-1 分波前干涉分波
4、前干涉具有间歇性和随机性具有间歇性和随机性,单色光单色光:单一波长的光单一波长的光(理想理想);准单色光准单色光:复色光复色光:波列有一定长度波列有一定长度,长度不等长度不等,波列间没有固定相位差波列间没有固定相位差.非相干光源非相干光源,如照明灯如照明灯.某时刻某时刻,某交叉空间点某交叉空间点10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉3.两列同频率的光波的叠加两列同频率的光波的叠加.PS1S23.两列同频率的光波的叠加两列同频率的光波的叠加非相干叠加非相干叠加“瞬息万变瞬息万变”,一会儿同相一会儿同相,一会儿反相一会儿反相空间各处都是平均的照度空间各处都是平均的照度.如照明灯之间的情形如照明灯
5、之间的情形.无干涉现象无干涉现象,10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉相干叠加相干叠加I 依赖于依赖于r1,r2,决定于空间点决定于空间点,且不随时间变化且不随时间变化,光强光强形成了形成了稳定稳定的的空间分布空间分布,干涉图样干涉图样.10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉3.两列同频率的光波的叠加两列同频率的光波的叠加3.两列两列相干相干光波的叠加光波的叠加相干叠加相干叠加I 依赖于依赖于L L,即即r1,r2,决定于空间点位置决定于空间点位置,有些处干有些处干涉相长涉相长 I=4I0 亮纹亮纹,有些处干涉相消有些处干涉相消 I=0 暗纹暗纹;且不随且不随时间变化时间变化.光强光强形
6、成形成稳定稳定的的空间分布空间分布干涉图样干涉图样.10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉思考思考:若照明灯是相干光源若照明灯是相干光源?4.普通光源获得相干光的途径普通光源获得相干光的途径 PS*分波面法:分波面法:分振幅法:分振幅法:P薄膜薄膜S*在在 P 点点相干叠加相干叠加10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉 把普通光源上同一批原子发出的光一分而二把普通光源上同一批原子发出的光一分而二(两束光两束光,),并让它们殊途同并让它们殊途同归归(r2 r1)实现相干叠加实现相干叠加.二二.杨氏干涉杨氏干涉r1 r2y0(平面单色光入射平面单色光入射)P1.实验装置实验装置10-1 10-
7、1 分波前干涉分波前干涉S S1 1S S2 2S S0 0托马斯托马斯 杨杨ABCz构思精巧构思精巧:同一列波的同一波面上取出两个次波源同一列波的同一波面上取出两个次波源,总总是相干的是相干的.一切分波前干涉装置的设计思想都仿效于此一切分波前干涉装置的设计思想都仿效于此.它最先为光的波动性提供实验证据的光的干涉实验它最先为光的波动性提供实验证据的光的干涉实验,是导致光的波动性得到普遍承认的关键性实验是导致光的波动性得到普遍承认的关键性实验.yr1r2yDdoP L L10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉z双缝双缝(或孔或孔)间隔间隔:d0.1mm-1mm,d,能有干涉能有干涉 横向观测范
8、围横向观测范围:y1cm10cm,yd,y,相干长度相干长度实验条件实验条件(1)光光程差程差2.2.光程差及条纹特点光程差及条纹特点 S S1 1S S2 2(不加说明时不加说明时,实验在真空实验在真空(或空气或空气)中进行中进行)两锐角的边两锐角的边两锐角的边两锐角的边分别垂直分别垂直分别垂直分别垂直,则两角相等则两角相等则两角相等则两角相等.半径足够长半径足够长半径足够长半径足够长,弧长足够小弧长足够小弧长足够小弧长足够小则弧与半径则弧与半径则弧与半径则弧与半径近似垂直近似垂直近似垂直近似垂直.亮纹亮纹 暗纹暗纹 y0yI yr1L L r2 ydD0P10-1 10-1 分波前干涉分波
9、前干涉.(2)条纹分布条纹分布垂直于缝的任一截面上的情况都相同垂直于缝的任一截面上的情况都相同,将讨论结果沿将讨论结果沿缝的方向移动缝的方向移动,即可得三维图象即可得三维图象:双缝干涉条纹是与双缝干涉条纹是与缝平行的直条纹缝平行的直条纹.(3)光强公式光强公式设设 I1=I2=I0,双缝宽度相等双缝宽度相等,较小范围观测较小范围观测光强曲线光强曲线k012-1-2I0 2-2 4-4 4I010-1 10-1 分波前干涉分波前干涉-2 -0 2 L(4)条纹间距和条纹宽度条纹间距和条纹宽度k012-1-2I0 2-2 4-4 4I0-2 -0 2 L条纹宽度条纹宽度(亮亮):两个相邻强度极两个
10、相邻强度极小小之间的距离之间的距离条纹间距条纹间距(亮亮):两个相邻强度极两个相邻强度极大大之间的距离之间的距离杨氏双缝实验的杨氏双缝实验的条纹间距和条纹宽度有相同的值条纹间距和条纹宽度有相同的值:光强曲线光强曲线10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉(1)一系列平行的明暗相间的条纹;一系列平行的明暗相间的条纹;(3)中间级次低,两边级次高;中间级次低,两边级次高;亮纹:亮纹:k,k=1,2(整数级)(整数级)暗纹:暗纹:(k+1/2)(半整数级)(半整数级)(5)条纹特点条纹特点:(2)不不太太大大时时条条纹纹等等间间距距(条条纹纹间间距距与与条条纹纹级级数数无无关关)(4)白光入射时,白
11、光入射时,0级亮纹中心为白色级亮纹中心为白色级位置级位置),其余级亮纹构成彩带,其余级亮纹构成彩带,第第2级开始出现重叠(为什么?)级开始出现重叠(为什么?)(某条纹级次(某条纹级次=该条纹相应的该条纹相应的 之值之值)10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉(可用来定可用来定01级红色在内侧级红色在内侧?单色光入射的杨氏双孔干涉照片单色光入射的杨氏双孔干涉照片(黑白黑白)为提高干涉条纹的亮度为提高干涉条纹的亮度,常用三条平行的常用三条平行的狭缝狭缝代替代替小孔小孔S S0 0,S S1 1,S S2 210-1 10-1 分波前干涉分波前干涉白光入射的杨氏双缝干涉白光入射的杨氏双缝干涉照片照
12、片红光入射的杨氏双缝干涉红光入射的杨氏双缝干涉照片照片10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉yx三三.其他干涉装置其他干涉装置要求明确以下问题:要求明确以下问题:1.如何获得的相干光;如何获得的相干光;2.明、暗纹条件;明、暗纹条件;3.干涉条纹特点:干涉条纹特点:形状、形状、间距、间距、级次位置分布级次位置分布(体现了光程差的大小体现了光程差的大小)10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉ABCM1M2s11屏屏s1s21.菲涅耳双面镜菲涅耳双面镜10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉狭缝光源狭缝光源22rlD平面镜几何成像规律平面镜几何成像规律:MAB屏屏s1s2虚光源虚光源反射镜反射
13、镜点光源点光源 2.洛埃德镜实验洛埃德镜实验10-1 10-1 分波前干涉分波前干涉如同杨氏干涉处理如同杨氏干涉处理,但是要考虑到空气但是要考虑到空气n=1到玻璃到玻璃n1的反射在的反射在反射点存在半波损失反射点存在半波损失,所以若有所以若有零级零级条纹条纹(屏移到与反射镜相连屏移到与反射镜相连,接触点接触点)必是暗纹必是暗纹.(光波存在半波损失的光波存在半波损失的1st实验实验)和和厚度均匀薄膜在无穷远处的厚度均匀薄膜在无穷远处的等倾条纹。等倾条纹。10-2 薄膜干涉薄膜干涉 薄膜干涉是分振幅干涉。薄膜干涉是分振幅干涉。日常中见到的薄膜干涉:日常中见到的薄膜干涉:肥皂泡上的彩色、肥皂泡上的彩
14、色、雨天地上油膜的彩色、雨天地上油膜的彩色、昆虫翅膀的彩色昆虫翅膀的彩色。膜为何要薄?膜为何要薄?光的相干长度所限。光的相干长度所限。膜的薄、厚是相对的,膜的薄、厚是相对的,与光的单色性好坏有关。与光的单色性好坏有关。普遍地讨论薄膜干涉是个极为复杂的问题。普遍地讨论薄膜干涉是个极为复杂的问题。实际实际意义最大的是意义最大的是厚度不均匀薄膜表面的厚度不均匀薄膜表面的等厚条纹等厚条纹10-2 10-2 薄膜干涉薄膜干涉一一.等厚条纹等厚条纹d n An n(设设n n )反射光反射光1 1、2两束反射光两束反射光例如在膜面上(例如在膜面上(P点)点)来自同一束入射光,来自同一束入射光,它们可以产生
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