大学物理 相干光

*1）频率相同；2）振动方向平行；3）相位相同或相位差恒定.波的相干条件其他振动始终加强振动始终减弱振动始终减弱振动始终加强其他3)波程差若则牛顿的微粒说光是由发光物体发出的遵循力学规律的粒子流。惠更斯的波动说光是机械波，在弹性介质“以太”中传播。一光的两种学说几何光学:以光的直线传播和反射、折射定律为基础，研究光学仪器成象规律。物理光学:以光的波动性和粒子性为基础，研究光现象基本规律。波动光学量子光学光的电磁理论——波动性：干涉、衍射、偏振光的量子理论——粒子性：黑体辐射、光电效应、康普顿效应二光的本性三光的分类1.频率相同；2.振动方向一致； 3.有恒定的相位差；4*.光程差不太大；1、产生相干光的条件一光的相干性低能级E12、原子发光机制当原子吸收外界能量后，由低能级跃迁到高能级，但在高能级不稳定，又会从高能级跳回低能级。高能级E2光子能级跃迁辐射§1.相干光源/二、原子发光机制2.各原子发光是随机的，无固定相位差。1.原子发光的时间很短，只有10-8秒。注意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§1.相干光源/二、原子发光机制1.普通光源：自发辐射独立(不同原子发的光)··独立(同一原子先后发的光)普通光源是观察不到干涉现象的。§1.相干光源/二、原子发光机制波阵面分割法*光源产生相干光的方法1.分波面法在同一波面上两固定点光源，发出的光产生干涉的方法为分波面法。如杨氏双缝干涉实验。2.分振幅法一束光线经过介质薄膜的反射与折射，形成的两束光线产生干涉的方法为分振幅法。如薄膜干涉、等厚干涉等。振幅分割法3、光程与光程差1.光程L在真空中光的波长为，光速为C，进入折射率为n的媒质中后，波长n

,光速为v,由折射定律可知：相当于真空中走的波程为：定义光程：光程为光在媒质中传播的波程与媒质折射率的乘积。光在媒质中传播l的距离后，相位改变了2.光程差光程差为两束光的光程之差。如果光线穿过多种媒质时，其光程为：r1n1r2n2rinirnnn3.光程差与相位差的关系则相位差为：干涉加强减弱条件当光程差满足波长的整数倍时，两束光干涉加强；当光程差满足半波长的奇数倍时，两束光干涉减弱。两束单色光相干时，光程差满足：4、相干长度可发生干涉不能发生干涉要使两束光产生干涉，两束光的最大光程差必须小于波列长度L0为相干时间，即原子发光的持续时间理论上可以证明光的频率范围为波列的相干长度为由于,所以有所以有p实验装置二杨氏双缝干涉实验光程差减弱加强暗纹明纹p明暗条纹的位置白光照射时，出现彩色条纹暗纹明纹讨论条纹间距1）条纹间距与的关系;若变化，则将怎样变化？一定时，一定时，2）

条纹间距与的关系如何？双缝干涉光强分布干涉项若合光强其中则光强分布图P菲涅耳双面镜劳埃德镜PML干涉相长：光程差为：干涉相消：M例1：在杨氏双缝实验中，若在下缝放一折射率为n，厚度为l的透明的介质薄片，求（1）两相干光到达屏上任一点P的光程差；（2）分析加媒质前后干涉条纹的变化情况p

例2

以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1m.(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹的距离为7.5mm,求单色光的波长;(2)若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离.解（1）（2）例：如图，虚线代表双缝S1、S2的中心轴线，双缝间距为d，单缝屏的距离为L，照明单缝S的准单色光波长为，单缝S不在中心轴上，而在轴上方离轴b处，试问零级干涉条纹在屏上什么位置。DS1S2SPxoL例：如图，双缝屏S1,S2右侧10cm处置一焦距为10cm的凸透镜L,L的光轴通过S1,S2中点，在L的右侧10cm远处又放置一垂直于轴的屏幕。已知双缝间距d=0.2cm，且用的光照明，试求屏幕上的条纹间距。S1SPofS2AAB透镜不引起附加的光程差AB三薄膜干涉通过光轴的光线波程最短，但在透镜中的光程长；远离光轴的光线波程长，但在透镜中的光程短，总的来讲，各条光线的光程都是相同的。PL薄膜干涉DC34E5A1B2反射光的光程差加强减弱PLDC34E5A1B2根据具体情况而定PLDC34E5A1B2当光线垂直入射时当时当时

增透膜和增反膜利用薄膜干涉可以提高光学器件的透光率.取氟化镁为增透膜例为了增加透射率,求氟化镁膜的最小厚度.已知空气,氟化镁,减弱解

23玻璃SM劈尖角一劈尖明纹暗纹（明纹）（暗纹）讨论1）劈尖为暗纹.2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差3）条纹间距（明纹或暗纹）劈尖干涉每一条纹对应劈尖内的一个厚度，当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动.

4）干涉条纹的移动若上表面上移,则条纹级次改变1,当某处有m个条纹移过,则该处厚度变化2）测膜厚度1）干涉膨胀仪劈尖干涉的应用空气3）检验光学元件表面的平整度4）测细丝的直径二牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成光程差

牛顿环实验装置牛顿环干涉图样显微镜SLM半透半反镜TR明纹暗纹rd光程差Rrd暗环半径明环半径明纹暗纹

4）应用例子:可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等.

1）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？3）将牛顿环置于的液体中，条纹如何变？工件标准件暗环半径明环半径讨论测量透镜的曲率半径检测光学镜头表面曲率是否合格将玻璃验规盖于待测镜头上，两者间形成空气薄层，因而在验规的凹表面上出现牛顿环，当某处光圈偏离圆形时，则该处有不规则起伏。验规§4.等厚干涉、劈尖、牛顿环/三、牛顿环

例1有一玻璃劈尖,放在空气中,劈尖夹角,用波长的单色光垂直入射时,测得干涉条纹的宽度,求这玻璃的折射率.解

例2用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光做牛顿环实验，测得第个k

暗环的半径为5.63mm,第k+5暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径R.解SL

例3在平面玻璃片G上放一油滴，并展开成圆形油膜，在波长的单色光垂直入射下，从反射光中可观察到油膜所形成的干涉条纹.已知玻璃的折射率问：当油膜中心最高点与玻璃片的上表面相距时，干涉条纹如何分布？可见明纹的条数及各明纹处膜厚?中心点的明暗程度如何?若油膜展开条纹如何变化?,油膜的折射率G解1）条纹为同心圆油膜边缘明纹明纹当油滴展开时，条纹间距变大，条纹数减少.由于故可观察到四条明纹.例一油轮漏出的油(折射率=1.20)污染了某海域,在海水(=1.30)表面形成一层薄薄的油污.(1)如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为460nm,则他将观察到油层呈什么颜色?(2)如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层呈什么颜色?解(1)绿色(2)透射光的光程差红光紫光紫红色单色光源反射镜反射镜一迈克耳孙干涉仪与成角补偿板

分光板移动导轨反射镜反射镜单色光源光程差的像当不垂直于时，可形成劈尖型等厚干涉条纹.反射镜反射镜单色光源干涉条纹移动数目迈克尔孙干涉仪的主要特性

两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.移动距离移动反射镜干涉条纹的移动当与之间距离变大时，圆形干涉条纹从中心一个个长出,并向外扩张,干涉条纹变密;距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀.插入介质片后光程差光程差变化干涉条纹移动数目介质片厚度光程差