波动光学光的干涉PPT课件.ppt

普通光源 自发辐射 光波是电磁波 光波中参与与物质相互作用 感光作用 生理作用 的是E矢量 称为光矢量 3 光强 单色光 只含单一波长的光 复色光 含多种波长的光 准单色光 光波中包含波长范围很窄的成分的光 2 光的颜色和光谱 可见光频率范围 可见光波长范围 E矢量的振动称为光振动 在波动光学中 主要讨论的是相对光强 因此在同一介质中直接把光强定义为 二 光的相干性 相干波的条件 同频率 同振动方向 相位差恒定干涉现象 在相干区域内 一些点振动始终加强 一些点始终减弱 获得两束相干光的方法 分振幅法其原理是利用反射 折射把波面上某处的振幅分成两部分 再使它们相遇从而产生干涉现象 光源 分波阵面法光源发出的某一波阵面上 取出两部分面元作为相干光源 一 杨氏双缝干涉实验 14 2杨氏双缝干涉实验光程劳埃德镜 杨氏干涉条纹 D d 波程差 干涉加强明纹位置 干涉减弱暗纹位置 1 明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧 干涉条纹特点 2 相邻明条纹和相邻暗条纹等间距 与干涉级k无关 两相邻明 或暗 条纹间的距离称为条纹间距 若用复色光源 则干涉条纹是彩色的 方法一 方法二 3 D d一定时 由条纹间距可算出单色光的波长 4 中央条纹由波程差确定 其位置不一定在坐标原点处 1 菲涅耳双面镜 虚光源 平行于 屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上 屏幕上明暗条纹中心对O点的偏离x为 二 其它分波阵面干涉装置 2洛埃镜 当屏幕E移至处 从S1和S2到L点的光程差为零 但是观察到的是暗条纹 表明两光波在此干涉相消 相位差应为 说明反射时有相位突变或半波损失存在 结论 光由光疏介质 垂直或掠 入射到光密介质界面上时 反射光相对入射光产生相位突跃变或称半波损失 光程干涉现象决定于两束相干光的相位差 两束相干光通过不同的介质时 相位差不能单纯由几何路程差决定 光在折射率为n的介质中传播几何路程为r 相应的相位变化为 三 光程与光程差 波源的振动频率 光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程 它避免了介质中波长的概念 因为通常已知的波长都是真空中的波长 S1 S2初相位相同的相干光源 定义nr为光程 光程差 光在真空中的波长 若两相干光源不是同相位的 两相干光源同相位 干涉条件 透镜不会引起附加的光程差 透镜的等光程性 透镜的等光程性 不同光线通过透镜要改变传播方向 但不会引起附加光程差 A B C的位相相同 在F点会聚 互相加强 A B C各点到F点的光程都相等 AaF比BbF经过的几何路程长 但BbF在透镜中经过的路程比AaF长 透镜折射率大于1 折算成光程 AaF的光程与BbF的光程相等 解释 使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差 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 已知 S2缝上覆盖的介质厚度为h 折射率为n 设入射光的波长为 解 从S1和S2发出的相干光所对应的光程差 当光程差为零时 对应 所以零级明条纹下移 例 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 利用薄膜上 下两个表面对入射光的反射和折射 可在反射方向 或透射方向 获得相干光束 肥皂泡的干涉条纹 14 3薄膜干涉 油膜上的干涉条纹 蝉翼上的干涉条纹 其它干涉条纹 扩展光源照射下的薄膜干涉 在一均匀透明介质n1中放入上下表面平行 厚度为e的均匀介质n2 n1 用扩展光源照射薄膜 其反射和透射光如图所示 d a b c i 光在界面处的相位跃变 1 光路分析 2020 1 7 24 2光线a2与光线a1的光程差为 半波损失 额外程差 问题 薄膜折射率介于中间无半波损失 薄膜折射率比两边大或小时 有半波损失 两边为同种介质时是否有半波损失 干涉加强 干涉相消 若垂直入射 即i 0 3干涉条件 相同入射角 倾角 的光线干涉形成同一级条纹 因此这种干涉又名等倾干涉 光程差 加与不加的条件与反射光时的正好相反 薄膜折射率介于中间时有半波损失 薄膜折射率比两边的大或小时无半波损失 4 透射光的干涉 增透膜 利用薄膜上 下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射 从而使透射增强 增反膜 利用薄膜上 下表面反射光的光程差满足相长干涉 因此反射光因干涉而加强 5 增透膜和增反膜 问 若反射光相消干涉的条件中取k 1 膜的厚度为多少 此增透膜在可见光范围内有没有增反 例已知用波长 照相机镜头n3 1 5 其上涂一层n2 1 38的氟化镁增透膜 光线垂直入射 解 因为 所以反射光光程差不考虑 2 反射光干涉相消的条件是 代入k和n2求得 此膜对反射光干涉相长的条件 可见光波长范围400 700nm 波长412 5nm的可见光有增反 一 劈尖干涉 夹角很小的两个平面所构成的薄膜 棱边楔角 劈尖干涉 等厚干涉 牛顿环 平行单色光垂直照射空气劈尖上 上 下表面的反射光将产生干涉 厚度为e处 两相干光的光程差为 干涉条件 劈尖上厚度相同的地方 两相干光的光程差相同 对应一定k值的明或暗条纹 等厚干涉 棱边处 e 0 2 出现暗条纹 实心劈尖 空气劈尖任意相邻明条纹对应的厚度差 任意相邻明条纹 或暗条纹 之间的距离l为 在入射单色光一定时 劈尖的楔角 愈小 则l愈大 干涉条纹愈疏 愈大 则l愈小 干涉条纹愈密 当用白光照射时 将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹 非空气劈尖 测细小直径 厚度 微小变化 测表面不平度 检验透镜球表面质量 36 利用空气劈尖干涉原理测定样品的热膨胀系数 上平板玻璃向上平移 2的距离 上下表面的两反射光的光程差增加 劈尖各处的干涉条纹发生明 暗 明 或暗 明 暗 的变化 如果观察到某处干涉条纹移过了N条 即表明劈尖的上表面平移了N 2的距离 劈尖干涉的应用 干涉膨胀仪 空气薄层中 任一厚度e处上下表面反射光的干涉条件 二 牛顿环 各级明 暗干涉条纹的半径 随着牛顿环半径的增大 条纹变得越来越密 e 0 两反射光的光程差 2 为暗斑 例已知 用紫光照射 借助于低倍测量显微镜测得由中心往外数第k级明环的半径 k级往上数第16个明环半径 平凸透镜的曲率半径R 2 50m 求 紫光的波长 解 根据明环半径公式 14 4迈克耳逊干涉仪 AlbertAbrhamMichelson 1852 19311907年诺贝尔物理学奖获得者 M 1 半透半反膜 2 1 2 1 G1 G2 M1 M2 一 迈克耳逊干涉仪 光束2 和1 发生干涉 若M 1 M2平行 等倾条纹 若M 1 M2有小夹角 等厚条纹 若条纹为等厚条纹 M1平移d时 干涉条移过N条 则有 解 设空气的折射率为n 迈克耳逊干涉仪的两臂中便