大学物理教案cha(1).ppt

同学们好！同学们好！ 上讲内容： 光程差光程差： 光程差 真空中波长 当 相长 明 相消 暗 若 当 明 暗 常见情况常见情况： 光由光疏介质射到光密介质界面上反射时附加 薄透镜不引起附加光程差(物点与象点间各光线等光程) 证明请参看理科光学教程 (证明参看 姚启均 “光学教程”P.37) 折射率n较小n较大（半波损失） 真空中加入厚 d 的介质、增加 (n-1)d 光程 d n 三、双缝干涉三、双缝干涉 空间相干性空间相干性 装置： 1. 杨氏双缝干涉 明暗纹条件 D dS r1 r2 dsin P x o 明暗纹条件 明 暗 k 取值与条 纹级次一致 明 暗 r1 r2 dsin P x o d S S1 S2 单缝 双缝1= 2 D S * 条纹特点 形态：平行于缝的等亮度、等间距、明暗相间条纹 条纹亮度：条纹宽度： S1 S2 * * 双缝间距越小 ，条纹越宽 条纹变化条纹变化 S * 白光照射双缝: 零级明纹：白色 其余明纹：彩色光谱 高级次重叠。 练习练习 用白光光源进行双缝干涉实验，求清晰可辩 光谱的级次 最先重叠： 未重叠的清晰光 谱只有一级。 零级 二级一级 三级 2. 其它分波阵面干涉 菲涅耳双面镜 菲涅耳双棱镜 S E A A S1 S2 d 洛埃镜 注: (1) 干涉条纹只存在于镜上方 (2) 当屏移到镜边缘时，屏于镜接触点出现暗条 纹 光在镜子表面反射时有相位突变。 练习1：14-7 P.146 条纹下移 练习练习2 2 将杨氏双缝干涉实验装置中的一条缝用折射率 为1.4的透明薄膜覆盖，这时原来屏上呈现中央明纹的 那个位置，被原来的第5级明纹占据，假设入射光波长 为480nm，试求透明薄膜的厚度。 条纹下移 3. 光的空间相干性 能否通过增加单缝光源宽度来提高干涉条纹亮度? 条纹向下平移 考虑将缝光源垂直于轴上、下移动对干涉条纹的影响 。 o S =0 =0 S o b的极限宽度： 缝宽b: 许多平行线光源，彼 此干涉条纹错开，条 纹清晰度下降直至消 失 1 四、薄膜等厚干涉四、薄膜等厚干涉 1.薄膜干涉 介质 薄膜 光波 入射光 1 2 3 5 4 反射光 2、3 相干光 透射光 4、5 相干光 相遇 由几何关系、折射定律 (教材 P.164) 2有 3无 2无 3有 涉及反射，考虑有无半波损失 1 2 3 5 4 考虑半波损失： 4无 5无 4无 5两次 明暗条纹条件： 明 k = 1、2、3. 暗 k = 0、1、2. 1 2 3 5 4 讨论讨论 设 讨论讨论 同一入射角i 对应同一干涉条纹 不同入射角 对应不同条纹 干涉条纹为一组同心圆环 等倾干涉 薄膜同一厚度处对应同一干涉条纹 薄膜不同厚度处对应不同干涉条纹 条纹形状与薄膜等厚线相同 等厚干涉 (1) 薄膜厚度均匀(e一定)，随入射角 i 变化 (2) 入射角i一定(平行光入射)，随薄膜厚度e变化 若、n1、n2一定，与e、i有关 薄膜等厚干涉的典型装置 单色、平行光垂直入射 (一) 劈尖 明暗条纹条件明暗条纹条件: n 明 暗 = 装置装置: 两块光学平板玻璃一端接触 ，另一端垫一薄纸或细丝 条纹特点条纹特点: L ekek+1 e 楞边处 e = 0 形态：平行于棱边，明、暗相间条纹 条纹宽度（两相邻明纹间距） 变化：条纹变密 白光入射出现彩条 空气劈尖充水条纹变密 动态： (1) 劈尖上表面平行上移，条纹如何变化？ 条纹宽度不变 条纹左移(向棱边方向移) (2) 轻压劈尖上表面，条纹如何变化？ 条纹变宽 条纹右移(远离棱边方向移) 每一条纹对应劈尖的一个厚度,当此厚度位置改 变时,对应的条纹随之移动. 3）检验光学元件表面的平整度 L ekek+1 e 空气 4）测细丝的直径 L ekek+1 e 明 暗 条纹特点条纹特点： 以接触点为中心的明暗相间的同心圆环 中心暗斑 （二） 牛顿环 单色平行光垂直入射 i = 0 明暗纹条件明暗纹条件： 装置装置：平板玻璃上放置曲率半 径很大的平凸透镜 R r 得 明 暗 条纹内疏外密 白光照射出现彩环 明暗纹半径明暗纹半径： 略去 R r k 平凸透镜上(下)移动， 将引起条纹收缩(扩张) e 条纹的形状取决于等厚膜线的形状 等价于角度逐渐增大的劈尖 练习练习：1. 平行光垂直入射图中装置，画出反射光暗条 纹并标明级次 中心暗 k =0 边沿 暗 k =4 平行于棱边，等间距直条纹。 4 3 2 1 0 1 2 3 4 （1） 2 平行于棱边，内疏外密直条纹 暗k = 0 暗k = 4 中心 边沿 （2） 43 2 1 0 1 234 2 4 3 2 1 0 1 2 3 443 2 1 0 1 234 2 2 n=1 R1 R2 明 暗 2. 推导图示情况下空气膜形成 的干涉条纹的明、暗环半径公 式。 e1 e2 r e 练习练习： 五、五、 迈克尔孙干涉仪迈克尔孙干涉仪 时间相干性时间相干性 M2 M1 M2 G2G1 单单 色色 光光 源源 反射镜1 反射镜 2 补偿玻璃板半透 明镀 银层 装置装置 反 射 镜 反射镜 单色光源 光程差 的像 一般情况 等厚干涉 等倾干涉 条纹特点条纹特点 计算公式计算公式 一般情况 等厚干涉 等倾干涉 M2 M2 M2M2 M2 M 1M 1 M 1 M 1 M 1 等 厚 干 涉 条 纹 M2 M1 M2 M2 M2 M2 M1 M1 M1 M1 与 重 合 等 倾 干 涉 条 纹 迈克尔孙干涉仪条纹迈克尔孙干涉仪条纹 . 时间相干性 (a)属于同一光波列的 两部分相遇发生干涉 (b)不同光波列的两 部分相遇不能干涉 a 若光程差太大，同一波列分成的两列波不能相遇 ，不能形成干涉条纹 相干长度： 最大光程差: 相干长度（波列长度） 时间相干性 比较： 空间相干性：反映扩展光源不同部分发光的独立性 时间相干性：反映原子发光的断续性 . .应用举例应用举例 光的干涉条纹的 形状、明暗、 . 间距 敏感依赖于： 波长、 几何路程、 . 介质情况 干涉现象广泛应用于： 测长度或长度变化 测介质折射率 检测光学元件表面，表面处理 . 对不同特殊用途，设计制造了许多专用干涉仪对不同特殊用途，设计制造了许多专用干涉仪 显微干涉仪： 测表面光洁度 泰曼-格林干涉仪：测光学元件成象质量 干涉比