资源描述
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,*,光的干涉,光的干涉,光的干涉,第十九章,interference of light,chapter 19,本章内容,本章内容,Contents,chapter 19,相干光 光程,分波阵面干涉,amplitude-splitting interference,迈克耳孙干涉仪,coherent light optical path,Michelson interferometer,wavefront-splitting interference,分振幅干涉,光波,光 波,光矢量,光振幅,光波是电磁波,同一媒质中的相对光强,可见光,760,400,630,600,570,500,450,430,真空中波长(nm),频率( 10 Hz),7.50,3.95,5.00,4.76,5.26,6.00,6.67,6.98,可见光波段,常用单色光源,632.8,656.3,486.1,589.3,546.1,氦-氖激光器,钠 灯,汞 灯,氢 灯,常用单色光源及波长(nm),第一节,coherent light optical path,相干光 光程,19-1,光干涉的必要条件,频率相同,振动方向相同,相位差恒定,原子自发辐射的间断性和相位随机性,不利于干涉条件的实现.,光干涉的必要条件,相干光 光程,相干光,来自 的光为,相干光,(满足光干涉条件),来自 的光为,非相干光,(不满足光干涉条件),无干涉现象,有干涉现象,相干光与非相干光,光程,媒质,真空,光程,光程差与相位差,相当于在真空中,走多少路程？,光程,光程差与相位差,光程,光程差,相位差,单色点光源,透镜无附加光程差,即各路等光程,平面波,球面波,会聚,即各路等光程,球面波,发散,会聚,球面波,理想透镜不产生附加光程差,续上,未插入媒质 时，三路光线的光程相等,插入 后，,经 的,一路光与其它,两路光之间的,光程差均为,相位差为,分波面与分振幅,分振幅法,薄膜,单色点光源,分波面法,获得相干光的两类典型方法,第二节,分波阵面干涉,19-2,wavefront-splitting interference,杨氏双缝干涉,两列相干柱面波的干涉,一、杨氏双缝干涉实验,分波阵面干涉,19-2,条纹间距关系式,条纹间距,干涉条纹间距 与,的关系,洛埃镜实验,二、洛埃镜分波面干涉,半波失损,紧靠镜端处总是产生暗纹，说明在镜端处反射光与入射光的相位差为 ，相当于光程差 ，称为,半波损失,。,双面镜实验,三、菲涅耳双面镜分波面干涉,双棱镜实验,四、菲涅耳双棱镜分波面干涉,分波面法小结,分波面干涉小结,洛埃镜分波面干涉,半波失损,条纹间隔,杨氏双缝分波面干涉,菲涅耳双棱镜分波面干涉,菲涅耳双面镜分波面干涉,第三节,分振幅干涉,19-3,amplitude-splitting interference,分振幅干涉,膜层,一、平行平面膜分振幅等倾干涉,sin,传播光程差,sin,sin,cos,tg,sin,反射光干涉,分振幅干涉,平行平面膜反射,光疏到光密,反射光相位有 变,特别对正入射,或掠入射情况,空气,油膜,玻璃,例一:,玻璃,例二:,空气,玻璃,界面反射条件,附加相位差,附加光程差,相同,附加相位差,附加光程差,界面反射条件,不同,反射光干涉界面反射条件与附加光程差,反射条件,总光程差公式,明纹,暗纹,反射条件,相同,不同,反射条件,sin,平行平面膜反射光干涉的总光程差,平行平面膜透射,透射光干涉,平行平面膜透射光干涉的总光程差,sin,反射条件,相同,不同,反射条件,注意判断 :,平行平面膜透射光干涉的总光程差,sin,反射条件,相同,不同,反射条件,注意判断 :,sin,传播光程差,回忆反射光干涉,透射光干涉,其中,sin,sin,sin,sin,sin,sin,与反射光干涉的 相同,透射附加光程差,空气,油膜,玻璃,例一:,玻璃,例二:,空气,玻璃,界面反射条件,附加相位差,附加光程差,相同,附加相位差,附加光程差,界面反射条件,不同,透射光干涉界面反射条件与附加光程差,等倾干涉条纹,sin,等倾干涉条纹,入射倾角相等的光线经平行膜,反射（或透射），其相干光的光程差相等，形成同一级干涉条纹。,点光源的等倾干涉条纹,扩展光源的各套等倾干涉条纹重合（非相干叠加）,平行膜例一,空气,油膜,玻璃,1.哪些波长的可见光在反射中产生相长干涉?,2.哪些波长的可见光在透射中产生相长干涉?,3.欲使反射光中 =550nm的光产生相消干涉,油膜至少该多厚?,白光,反射相干光,透射相干光,算例,续上,反射相长干涉,透射相长干涉,反射相消干涉,min,nm,nm,空气,油膜,玻璃,1.哪些波长的可见光在反射中产生相长干涉?,2.哪些波长的可见光在透射中产生相长干涉?,欲使反射光中 550nm的光产生相消干涉,油膜至少该多厚?,白光,反射相干光,透射相干光,3.,防反（增透）膜,防热红外线反射,(增热红外线透射),防可见光反射,(增可见光透射),防反射(增透射)介质膜应用举例,增反膜,反射率,无 膜,5%,玻璃,单层增反膜,25%,玻璃,三层增反膜,70%,玻璃,15层增反膜,99%,玻璃,增反射介质膜,多层增反膜例题,几何厚度 与折射率 之积,令三层分别都满足,求各层最小 值,称为光学厚度,即,各膜层的最小光学厚度为,多层增反射介质膜简例,空气,玻璃,疏密交替,非平行膜等厚干涉,二、非平行膜的等厚干涉,竖放肥皂膜,空气劈尖,牛 顿 环,劈尖干涉,传播光程差,附加光程差,同理判断,劈尖干涉的总光程差,sin,反射条件,相同,不同,反射条件,劈尖干涉的光程差,干涉条纹在膜面.,劈尖角 很小.,很远, 很小.,垂直入射总光程差,随 变.干涉条纹是薄膜等厚点的轨迹.,明纹,暗纹,总光程差,反射条件,相同,不同,反射条件,非平行膜等厚干涉常用的垂直入射式,劈尖等厚条纹,劈尖干涉的等厚干涉条纹,两相邻条纹间劈尖的厚度差,相邻条纹间距,sin,很小,sin,tg,劈尖厚度变化,不变,改变厚度,条纹整体随交棱平移,sin,很小,tan,sin,劈尖夹角变化,条纹间隔随 而变,sin,很小,tan,sin,劈尖例一,玻璃,玻璃,玻璃,玻璃,玻璃,已知,3.0mm,充油（ ）后测得,2.1mm,sin,解法,提要,sin,1.055,(rad),1.43,劈尖例二,暗纹,已知,A处膜厚,暗纹,920 (nm),牛顿环,牛 顿 环,.,空气膜,暗纹,牛顿环例题,已知,在牛顿环实验中,589 nm,4.00 mm,6.00 mm,暗环,联立解得,解法,提要,6.79 m,第四节,1 9 - 4,迈克耳孙干涉仪,Michelson interferometer,迈克耳孙干涉仪,分束玻片,补偿玻片,反射镜,反射镜,观察屏,入射光线,迈克耳孙干涉仪,迈克耳孙干涉仪,19-4,19-4,等倾和等厚光路,等倾干涉光路,相当于平行平面空气膜干涉,等厚干涉光路,相当于空气劈尖干涉,吐级,与 之间的平行空气膜产生的等倾干涉条纹,若 平移 d 使空气膜加厚时吐出了 N 级条纹. 则,加厚时吐出,吞级,若 平移 d 使空气膜减薄时吞进了 N 级条纹. 则,减薄时吞进,移级,与 构成的空气劈尖产生的等厚干涉条纹,平移d,条纹右移(或左移)N级.,随堂小议,请在放映状态下点击你认为是对的答案,随堂小议,（1）,2ne；,一折射率为 , 厚度为,e,的平面平行膜被一折射率为 的媒质包围。有一单色平行光垂直于薄膜的上表面入射，从薄膜上、下表面反射的两束光发生干涉，若 ，且入射光在 媒质中的波长为 ，则两反射光的程差为,n,n,n,n,n,l,2,2,n,ne,l,+,（2） ;,(3) ;,(4) 。,结束选择,小议链接1,请在放映状态下点击你认为是对的答案,随堂小议,（1）,2ne；,一折射率为 , 厚度为,e,的平面平行膜被一折射率为 的媒质包围。有一单色平行光垂直于薄膜的上表面入射，从薄膜上、下表面反射的两束光发生干涉，若 ，且入射光在 媒质中的波长为 ，则两反射光的程差为,n,n,n,n,n,l,2,2,n,ne,l,+,（2） ;,(3) ;,(4) 。,结束选择,小议链接2,请在放映状态下点击你认为是对的答案,随堂小议,（1）,2ne；,一折射率为 , 厚度为,e,的平面平行膜被一折射率为 的媒质包围。有一单色平行光垂直于薄膜的上表面入射，从薄膜上、下表面反射的两束光发生干涉，若 ，且入射光在 媒质中的波长为 ，则两反射光的程差为,n,n,n,n,n,l,2,2,n,ne,l,+,（2） ;,(3) ;,(4) 。,结束选择,小议链接3,请在放映状态下点击你认为是对的答案,随堂小议,（1）,2ne；,一折射率为 , 厚度为,e,的平面平行膜被一折射率为 的媒质包围。有一单色平行光垂直于薄膜的上表面入射，从薄膜上、下表面反射的两束光发生干涉，若 ，且入射光在 媒质中的波长为 ，则两反射光的程差为,n,n,n,n,n,l,2,2,n,ne,l,+,（2） ;,(3) ;,(4) 。,结束选择,小议链接4,请在放映状态下点击你认为是对的答案,随堂小议,（1）,2ne；,一折射率为 , 厚度为,e,的平面平行膜被一折射率为 的媒质包围。有一单色平行光垂直于薄膜的上表面入射，从薄膜上、下表面反射的两束光发生干涉，若 ，且入射光在 媒质中的波长为 ，则两反射光的程差为,n,n,n,n,n,l,2,2,n,ne,l,+,（2） ;,(3) ;,(4) 。,结束选择,多个相干点源干涉,sin,相邻,两光线的,光程差,相应的相位差,sin,N,个初相相同的相干,点光源,多个相干点光源的干涉,附：,主极大与次极大,sin,相邻,两光线在,P,点的,相位差,设各光线在,P,点的振幅大小均为,用旋转矢量法求,N,个振动的合成振幅大小,先粗略了解,随 的变化概貌,同向叠加,（主极大）,自行封闭,同向叠加,（主极大）,（主极大）,同向叠加,自行封闭,自行封闭,同向叠加,（主极大）,（次极大）,位于相邻两零值间,合成振幅公式,各旋转矢量的垂直平分线的公共交点,sin,与 的普遍关系,sin,sin,sin,sin,sin,相邻两光线的相位差,当,同向叠加,。用罗彼塔法则得,当,旋矢,自行封闭,主极大,在两个相邻的主极大之间，存在 个 ，从而存在 个,次极大,（处于每两相邻零值位置的中间）。据此可应用 公式算出,次极大,的幅值，可以发现，当,N,增大时，次极大相对于主极大迅速变小。,设相干点光源的强度相同，而且 已给定，随,N,的增大，屏幕上主极大处的条纹越清晰明亮，次极大处的条纹相对越来越暗，甚至不被察觉。,附图一,0,1,2,-,2,-,1,N,=,2,N,=,3,N,=,4,N,=,10,N,很大,sin,N,增大，主极大条纹变亮变窄，次极大数目变多而相对强度变小。,附图二,N,个相干线光源干涉条纹示意图,N,=,2,N,=,3,N,=,4,N,=,10,N,很大,
展开阅读全文