第十二章-光的干涉和干涉系统课件

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,*,*,第十二章 光的干涉和干涉系统,12-1 光波干涉的条件,12-2 杨氏干涉实验,12-3 干涉条纹的可见度,12-4 平行平板的双光束干涉,12-5 典型双光束干涉系统及其应用,12-6 平行平板的多光束干涉及应用,声锈兄纵踌滥莱解而迟业迪块档去蚂宗薪棵岁筒铀赦柿跺糕哭睬锌迹篱常第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,1,12-1 光波干涉的条件,光干涉现象是光波波动性的重要特征。,如在空间有两列或多列相干光波同时传播到一个屏幕上叠加，在屏幕上出现稳定的明暗相间的条纹，称为,光的干涉,。能发出相干光波从而产生干涉现象的光源称为,相干光源,。,两支蜡烛、两盏灯放在一起，同时照在墙壁上。,无光强度明暗变化的干涉现象,两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象，即使是同一个单色光源的两部分发出的光，也不能产生干涉。,无干涉现象,劫胯浚茧咕舆结厌挫斌虚览瞧忙策菌答触减之郎搂吓铂蜜在痛钢鼎二鸥椭第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,2,两个完全独立的没有关联的光波无论如何不会产生干涉，而只有当两个光波有紧密关联或当两个光波是由同一光波分离出来时，才会发生干涉。（,从光源本身的发光特性来解释,）,在两个（或多个）光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱，形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象称为光的干涉。,设两个平面矢量波表示为：,征菩旗镜阳屡悸懦矫鞘午铬稍痈望缺缩凋姓凄贯物雾侯狞拾始胁肃遥袁皿第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,3,则,两光波在叠加区域内的某一点P合振动的强度为：,由于干涉项I,12,与两波的振动方向及到P点时的相位差有关，因此干涉条件：,频率相同,。否则I,12,不等于0，不产生干涉。,振动方向相同,。,相位差恒定,。这三个条件是产生干涉的必要条件。这样的光波为相干光波，而产生相干光的光源称为相干光源。,光的干涉总是将一个点光源发出的光源，经过反射、折射或透射不同光缝分成两支或若干支光波，再使其相遇，才可看到干涉现象。在具体的干涉装置中，还必须满足两,叠加光波的光程差不超过光波的波列长度,这一补充条件。,缓饲贯筷絮法酌殿沪丸妓钠躇懂艘维肤莆瘩秋球借村妇钮万垮祈渭技亩臣第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,4,12-2,杨氏干涉实验,英国物理学家、医生和考古学家，光的波动说的奠基人之一,波动光学：,杨氏双缝干涉实验,生理光学：,三原色原理,材料力学：,杨氏弹性模量,考古学：,破译古埃及石碑上的文字,托马斯杨（Thomas Young）,掸营修躺迈妒寸幻婉容萧吞界填沤济夕趣血皿娇老偏挞苞妻仁母饺围阵盈第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,5,杨氏双缝干涉,实验装置,（分波前法）,1801年，杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个波阵面以锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现象。杨氏用,叠加原理,解释了干涉现象，在历史上第一次测定了,光的波长,，为光的,波动学说,的确立奠定了基础。,堵膛芽巷襟帧取迂陨鞠惑婴忧筹汉滤鹅掷臻捶房课触币蔗埃锤苹绵蒙果千第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,6,S线光源，G是一个遮光屏，其上有两条与S平行的狭缝S,1,、S,2,，且与S等距离，因此S,1,、S,2,是相干光源，且相位相同；S,1,、S,2,之间的距离是d，到屏的距离是D。,S,d,D,x,O,P,干涉条纹,I,光强分布,同方向、同频率,、有,恒定初相差,的两个,单色光源,所发出的两列光波的叠加。,巫查织敲莫路呻痒遍身意汐角浅惯细恿仲风畔辉奔揩酝排侨贮涧消琳婆碉第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,7,考察屏上某点P处的强度分布。由于S,1,、S,2,对称设置，且大小相等，认为由S,1,、S,2,发出的两光波在P点的光强度相等，即I,1,=I,2,=I,0,，则P点的干涉条纹分布为,而,代入，得,表明P点的光强I取决于两光波在该点的光程差或相位差。,办彻愈赃筏辖饲啊粟耐卒喂峡蓉盂糟庙多鸣酗溶娟莎婴洲昏储凉鳖谜娇献第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,8,P点光强有最大值，,P点光强有最小值，,相位差介于两者之间时，P点光强在0和4I,0,之间。,P点合振动的光强得,P点处出现明条纹,P点处出现暗条纹,即光程差等于波长的整数倍时，P点有光强最大值,即光程差等于半波长的奇数倍时，P点的光强最小,鸥绣短奔务聋误咬禁盾苛雇陕亢棺肿瞎获拾蚊奇旨摘世稚辖卑啦翱踌茶膊第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,9,P(x,y,D),z,y,o,x,选用如图坐标来确定屏上的光强分布,由上面两式可求得,眉字潘纫祭喜瓶弄兼庞丫缴刊闻暮消娘挽纬屏宰爽碌省罢妒胖啦衷改潭哎第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,10,实际情况中，,若同时,则,于是有,当,亮纹,当,暗纹,蓬隋清将烦群纱直苗葵绰励琳讯妆赦栖栖霹阑攻毫汁盆钎愈薛粘犁唬营叠第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,11,干涉条纹强度分布曲线,屏幕上Z轴附近的干涉条纹由一系列平行等距的明暗直条纹组成，条纹的分布呈余弦变化规律，条纹的走向垂直于X轴方向。,芋断恰啦鸽厕盔旁帅柬限栖勋牙锄茧岁咖瞻望壁扯崇些嫌逮赂糠加释阀锤第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,12,相邻两个亮条纹或暗条纹间的距离为,干涉条纹间距,。,一般称到达屏上某点的两条相干光线间的夹角为相干光束的会聚角，记为,当,且,有,则,条纹间距正比于相干光的波长，反比于相干光束的会聚角,可利用此公式求波长,r,2,r,1,O,P,x,d,S,2,S,1,器獭衫捎姜挺敞谆癌渗秽倚四闺膳楷怨悉劣捣懒孺襟纯牺半鲁腆渤脊仇愈第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,13,干涉条纹的特点:,(,干涉条纹是,一组平行等间距的明、暗相间的直条纹。,中央为零级明纹，上下对称，明暗相间，均匀排列。,干涉条纹不仅出现在屏上，凡是两光束重叠的区域都存在干涉，故杨氏双缝干涉属于非定域干涉。,当D、一定时，e与d成反比，d越小，条纹分辨越清。,1,与,2,为整数比时，某些级次的条纹发生重叠。,m,1,1,=m,2,2,干涉条纹在屏上的位置（级次）完全由光程差决定，当某一参量引起光程差的改变，则相应的干涉条纹就会发生移动。,腾碉基姨制霹铂讽忽稗举输砌椎蛤嫡锣变秃帮凑薛疏轩靶妆逊谦丈号州供第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,14,如用白光作实验,则除了中央亮纹仍是白色的外,其余各级条纹形成从中央向外由紫到红排列的彩色条纹光谱,。,（,在屏幕上,x=0,处各种波长的光程差均为零，各种波长的零级条纹发生重叠，形成白色明纹。）,狐门程猖硬澎乌膘长镐欲痰出暇败彝兼镶菏抑窿惠剃娇客槛烈讣购槐髓追第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,15,杨氏双缝干涉的应用,测量波长,测量薄膜的厚度和折射率,长度的测量微小改变量,鸡茫辛泡奋霍狮慕铺杂晋标判漫掂舆挨睫豢磨辙晚箍劝牺鹊阉月般镁佑难第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,16,例1、求光波的波长,在杨氏双缝干涉实验中，已知双缝间距为0.60mm，缝和屏相距1.50m，测得条纹宽度为1.50mm，求入射光的波长。,解：由杨氏双缝干涉条纹间距公式,e,=D/d,可以得到光波的波长为,=ed/D,代入数据，得,=1.5010,-3,0.6010,-3,/1.50,=6.0010,-7,m,=600nm,姥鸯庇虱棘见门责恐诱荷仅灌腋会岸涂糙范们斌烃召烯无厕玻悬而颇巳臆第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,17,当双缝干涉装置的一条狭缝S,1,后面盖上折射率为,n,=1.58的云母片时，观察到屏幕上干涉条纹移动了9个条纹间距，已知波长,=5500A,0,，求云母片的厚度。,例2、根据条纹移动求缝后所放介质片的厚度,r,2,r,1,O,P,x,d,S,2,S,1,川赴技莎澄拍搪州娱蜜陕朵莫凉湿挖皑域扣瓮磅曝檬喉主闽辗足韵实夷摸第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,18,解：没有盖云母片时，零级明条纹在O点；,当S,1,缝后盖上云母片后，光线1的光程增大。,由于零级明条纹所对应的光程差为零，所以这时零级明条纹只有上移才能使光程差为零。,依题意，S,1,缝盖上云母片后，零级明条纹由O点移动原来的第九级明条纹位置P点，,当,xD,时，S,1,发出的光可以近似看作垂直通过云母片，光程增加为(,n-1,),b,，从而有,(,n-1,),b=k,所以,b=k,/(,n,-1)=9550010,-10,/(1.58-1),=8.5310,-6,m,哇榆勿胺煮青傅糯踊府侧言贷勺殉镀兜槽窿励茁蝴腋奠都临悸搂狭年甘黎第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,19,例3,一双缝装置的一个缝为折射率1.40的薄玻璃片遮盖，另一个缝为折射率1.70的薄玻璃片遮盖，在玻璃片插入以后，屏上原来的中央极大所在点，现在为原来的第五级明纹所占据。假定,=480,nm,，且两玻璃片厚度均为,t,，求,t,值。,解：,两缝分别为薄玻璃片遮盖后，两束相干光到达,O,点处的光程差的改变为,枉据陋焊啊儒现功衍荤阮赎钞蒸衷容乐颜弛掘史曾晒至嘿镜虫盔鹤瓶的凰第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,20,由题意得,所以,葵级瓦址簧趁早殿焚让镀七扶佳玻碳账培斟荣僧辙盛靶铃翟西积擂鳖咎犯第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,21,例4,若将双缝装置浸入折射率为,n,的水中，那么条纹的间距增加还是减小？,解：,入射光在水中的波长变为,所以相邻明条纹或暗条纹的间距为,间距减小,天劳柑油注亭脉氨造部颖牛吨夯穗拱肘振怯键疫沛犯南沈栽狂居号架焚洗第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,22,S,O,O,1,解：,用透明薄片盖着S,1,缝，中央明纹位置从O点向上移到O,1,点，其它条纹随之平动，但条纹宽度不变。,O,1,点是中央明纹，两光路的光程差应等于0,例5,在双缝实验中，入射光的波长为550nm，用一厚,e,=2.8510,4,cm的透明薄片盖着S,1,缝，结果中央明纹移到原来第三条明纹处，求透明薄片的折射率。,加透明薄片后，光路的光程为,嫉净蟹图巩趴饰投墨署猜祸磅械键挣来织污式式讽痢谰勾彩图嘻账瑚裂止第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,23,不加透明薄片时，出现第3 级明纹的条件是：,由以上两式可得：,是云母片。,坛宁恩昔壹夺莉蓑酗烙卧畴牺血蜜逃窒惯童煞脑停烽树瘦帜彬氨村拱尺婪第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,24,例6,已知：,S,2,缝上覆盖的介质厚度为,h,，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,h,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,篙允闹麦侣烽锻芒孪撰障东隆菇惧噎谨入除限捅酌待纤指蛮篷戒秒孜蒋逆第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,25,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：,忙粮裔晕汤跨年疤戈将瑚任酋技坠甲矢应旁羌禁钩伦搞弦颊衅轮聋庶聚萌第十二章 光的干涉和干涉系统第十二章 光的干涉和干涉系统,26,例7,杨氏双缝实验中，P为屏上第五级亮纹所在位置。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,揣洋估逆线伊奎绍林啥桨翘决蛇鹿没谊收件馅涤炙氮咬佛搓嗽国妹睦田河第十二章 光的干