光的干涉小结及习题课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第2章 光的干涉小结+习题,第2章 光的干涉小结+习题,1,1.基本概念,光的电磁理论,光是某一波段的电磁波，其速度就是电磁波的传播速,度；可见光在电磁波谱中只占很小的一部分，波长在,400nm 760 nm,的狭窄范围以内。,相干条件,频率相同、振动方向相同、相位差恒定。,1.基本概念 光的电磁理论光是某一波段的电磁波，其速度就,2,补充条件：,光程差不能太大：,光源线度受限制：,振幅相差不悬殊：,干涉的分类,分波面干涉、分振幅干涉和分振动面干涉。,条纹可见度：,补充条件：光程差不能太大：光源线度受限制：振幅相差不悬殊：,3,2.杨氏双缝干涉,相位差：,光程差：,光强分布：,极值条件：,相位相同,2.杨氏双缝干涉 相位差：光程差：光强分布：极值,4,相位相反,明暗条纹位置：,明纹位置：,暗纹位置：,明（暗）条纹间距,时间相干性,：,空间相干性,：,相位相反 明暗条纹位置：明纹位置：暗纹位置：明（暗）条纹,5,3.等倾干涉,光程差,（1）相长干涉：,（2）相消干涉：,3.等倾干涉光程差（1）相长干涉：（2）相消干涉：,6,等倾干涉条纹特点：,（1）,凡入射角相同的就形成同一条 纹，即同一干涉条纹上的各点都具有同一的倾角。,（,3),明暗相间的同心圆环，干涉级,j 中心最高，,内大外小；,（4),内疏外密,（2）,等倾干涉条纹定域于无限远处，光源面积越大，条纹越亮,（假设有半波损失）,越往里,等倾干涉条纹特点：（1）凡入射角相同的就形成同一条 纹，即,7,(5),薄膜厚度越大，条纹间隔越密；,(6),膜厚增加时条纹向外扩张.,（同一级次）,h,光程差增大，干涉级增大，可看见有干涉纹从,中心冒出来,且干涉条纹变密；,h,，光程差减小，干涉级减小，可看见有干涉纹在中心,“漏失”,，且干涉条纹变疏。,(5)薄膜厚度越大，条纹间隔越密；(6)膜厚增加时条纹向,8,明纹：,暗纹,：,h,j,h,j+1,亮纹与暗纹,等间距地相间排列。,薄膜越厚的地方，条纹的级次越高。,零级条纹在劈尖的棱处。,4.劈尖干涉,明纹：暗纹：hj hj+1 亮纹与暗纹等间距地相间排列。薄,9,5.牛顿环,（单色光垂直入射）,（1）亮环位置：,即：,（2）暗环位置：,即：,5.牛顿环（单色光垂直入射）（1）亮环位置：即：（2）暗环,10,6.迈克尔逊干涉仪,光束,a,1,b,1,和,a,2,b,2,发生干涉,M,2,是M,2,经G,1,成的虚像,若,M,2,、,M,1,平行,等倾条纹,若,M,2,、M,1,有小夹角,等厚条纹,干涉条件：,没有额外光程差（空气薄膜）,相长干涉,相消干涉,等倾干涉条纹,6.迈克尔逊干涉仪光束a1b1和a2b2发生干涉相长干涉相消,11,调节,M,1,从而使“空气薄膜”的厚度改变。干涉条纹也将发生移动。,每“涌出”或“淹没”一个圆环，查当于光程差改变了一个波长。设,M,1,移动了,h,距离，相应地“涌出”或“淹没”的圆环数为,N,，则有,：,当垂直入射时的光程差最大，即中心所对应的干涉级次最高。,转动手轮移动,M,1,：,当,h,增加时,，可以看到圆环一个个从,中心“涌出”；,当,h,减小时,，可以看到圆环一个一个,“往里收”。,调节 M1 从而使“空气薄膜”的厚度改变。干涉条纹也将发生移,12,EX1:,在杨氏双线实验中，缝光源与双缝之间的距离为,D,缝,光源离双缝对称轴的距离为,b,如图所示,(D d,),。求在这情,况下明纹的位置。试比较这时的干涉图样和缝光源在对称轴时,的干涉图样。,S,1,S,2,S,b,D,D,d,屏,EX1:在杨氏双线实验中，缝光源与双缝之间的距离为 D,13,解：当光源向上移动后的光程差为:,原来的光程差为：,两式相减得到：,即条纹向下移动，而条纹间距不变。,q,x,o,S,2,j,r,1,S,b,D,D,d,S,1,S,r,2,X为新的k级明纹的位置,解：当光源向上移动后的光程差为:原来的光程差为：两式相减得到,14,EX2：,白光垂直照射在空气中厚度为,0.40,m,m,的玻璃片上，玻璃,的折射率为,1.50,，试问（1）在可见光范围内,(,l：,400nm700nm),哪些波长的光在反射中增强?（2）哪些波长的光在透射中增强?,解：1）若反射光干涉加强，则光程差满足：,EX2：白光垂直照射在空气中厚度为0.40mm的玻璃片上，玻,15,2）若透射光干涉加强，则反射光干涉相消，光程差满足：,2）若透射光干涉加强，则反射光干涉相消，光程差满足：,16,EX3：,波长为,680nm,的平行光垂直地照射到,12cm,长的两块玻璃,上，两玻璃片一边相互接触，另一边被厚,0.048mm,的纸片隔开，,试问：在这,l2cm,内呈现多少条明条纹?,解：劈尖干涉条纹间隔为：,L,d,q,EX3：波长为680nm的平行光垂直地照射到12cm长的两块,17,EX4：,使用单色光来观察牛顿环，测得某明环的直径为,3.00mm,，,在它外面第5个明环的直径为,4.60mm,，所用平凸透镜的曲率半径,为,1.03m,，求此单色光的波长。,解：k级和其外面第5级明环的半径为：,EX4：使用单色光来观察牛顿环，测得某明环的直径为3.00m,18,Ex5:,在杨氏双缝实验中，用折射率n=1.58的透明薄膜盖在s,1,上，,并用=6.328,10,-7,m的光照射，发现中央明纹向上移动了5条。,求薄膜厚度,Ex5:在杨氏双缝实验中，用折射率n=1.58的透明薄膜,19,又因P,点是未放薄膜时第N级明纹的位置,可得：,解：设P,点为放入薄膜后中央明纹的位置,又因P点是未放薄膜时第N级明纹的位置可得：解：设P点为放入薄,20,EX6:,已知：S,2,缝上覆盖的介质厚度为,t,，折射率为,n,，设入射光的波长为,。,问：原来的零级条纹移至何处？若移至原来的第 k 级明条纹处，其厚度,t为多少？,解：从S,1,和S,2,发出的相干光所对应的光程差,当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：,所以零级明条纹下移,EX6:已知：S2 缝上覆盖的介质厚度为t，折射率为n，设,21,原来k级明条纹位置满足：,设有介质时零级明条纹移到原来第k级处，它必须同时满足：,原来k级明条纹位置满足：设有介质时零级明条纹移到原来第k级处,22,EX7:,杨氏双缝实验中，P为屏上第5级亮纹所在位置。现将一玻璃片插入光源发出的光束途中，则P点变为中央亮条纹的位置，求玻璃片的厚度。,P,解没插玻璃片之前二光束的光程差为,已知:玻璃,插玻璃片之后二光束的光程差为,EX7:杨氏双缝实验中，P为屏上第5级亮纹所在位置。现将一,23,EX:8,如图所示，假设有两个同相的相干点光源S,1,和S,2,，发出波长为,l,的光A是它们连线的中垂线上的一点若在S,1,与A之间插入厚度为e、折射率为n的薄玻璃片，则两光源发出的光在A点的相位差,D,为？,若已知,l,500 nm，n1.5，A点恰为第4级明纹中心，则玻璃片的厚度为？,EX:8 如图所示，假设有两个同相的相干点光源S1和S2，发,24,