第20章-光的干涉.ppt

2020 2 4 1 浙江大学城市学院黄敏 Tel 85787463E mail Huangm 大学物理UniversityPhysics 本章主要讲解四个方面问题 1 相干光 2 杨氏双缝实验 3 半波损失 光程 4 薄膜干涉 根据波的叠加原理 两列波只要 频率相同 振动方向相同 相位相同或相位差恒定 在两列波交迭的空间区域就会产生稳定的振动强弱的分布 形成干涉现象 波的干涉 对于光波而言 上述三个相干条件中 频率相同 单色性 可通过滤色片实现 振动方向相同 可通过偏振片实现 相位相同或相位差恒定 不那么容易实现 这是和光源的发光机理密切相关的 普通光源 自发辐射 独立 同一原子先后发的光 不同原子发的光 独立 分振幅法 分波阵面法 本章主要讲解四个方面问题 1 相干光 2 杨氏双缝实验 3 半波损失 光程 4 薄膜干涉 1801年 英国医生兼物理学家托马斯 杨 T Young 1773 1829 成功地用分波阵面法获得相干光 并观察到光的干涉现象 两波到达P点时波程差为 r2 r1 dsin 白光入射的杨氏双缝干涉照片 红光入射的杨氏双缝干涉照片 例题 汞弧灯发出的光通过一绿色滤光片照射两相距0 60mm的狭缝 进而在2 5m远处的屏幕上出现干涉条纹 测量相邻两明纹中心的距离为2 27mm 试计算入射光的波长 本章主要讲解四个方面问题 1 相干光 2 杨氏双缝实验 3 半波损失 光程 4 薄膜干涉 定义 在介质中的光程 nr n 几何路程 在介质n中传播距离r引起的相位差等效于在真空中传播nr距离引起的相位差 光程 光在介质中传播的距离折算成真空中的长度 定义 在介质中光程 nr n 几何路程 例题 用很薄的玻璃片盖在双缝干涉装置的一条缝上 这时屏上0级条纹移到原来第七级明纹的位置上 如果入射光的波长 5000 玻璃片的折射率n 1 58 试求此玻璃片的厚度 本章主要讲解四个方面问题 1 相干光 2 杨氏双缝实验 3 半波损失 光程 4 薄膜干涉 薄膜干涉 入射光在薄膜表面上由于折射和反射而分成两束光 最后由薄膜上 下表面两反射光在薄膜上表面附近相干而形成的结果 1 增透膜 低膜 一 增透膜和高反膜 我们知道 入射光在透镜及光学元件的表面要发生反射 会损失部分能量 正入射时 反射光强度约占入射光强度的4 如 一双筒望远镜 有6个透镜 十二个表面 能量损失约40 潜水艇中的潜望镜 有20多个透镜 四十多个表面 能量损失可高达90 如照相机镜头 反射减弱时 透射加强 故有 上面的计算只考虑了反射光的相位差对干涉的影响 实际上能否完全相消 还要看两反射光的振幅 如果再考虑到振幅 可以证明 当反射光完全消除时 介质的折射率应满足 以n1 1 n3 1 5计 n2 1 22 目前还未找到折射率这样低的镀膜材料 常用的最好的近似材料是n2 1 38的氟化镁 2 高反膜 高膜 例题 在制作珠宝时 为了使人造水晶具有强反射本领 就在其表面上镀一层二氧化硅膜 要使波长的光从空气垂直入射膜时产生强烈反射 这层镀膜的最小厚度e 例题 照相机镜头增透膜材料是MgF2 n 1 38 镜头玻璃折射率n 1 50 为增强对550nm的黄绿光的透射能力 MgF2最小厚度是多少 解 取k 0得 例题 白光垂直照射在镀有e 0 40 m厚的介质膜的玻璃板上 玻璃的折射率n 1 45 介质的折射率n 1 50 则在可见光 390nm 760nm 范围内 波长 nm的光在反射中增强 二 测量细丝直径 测量小角度 例题 把金属细丝夹在两块平玻璃之间 形成空气劈尖 如图所示 金属丝和棱边间距离为D 28 880mm 用波长 589 3nm的钠黄光垂直照射 测得30条明条纹之间的总距离为4 295mm 求金属丝的直径d 例题 制造半导体元件时 常常要精确测定硅片上二氧化硅薄膜的厚度 这时可把二氧化硅薄膜的一部分腐蚀掉 使其形成劈尖 利用等厚条纹测出其厚度 已知Si的折射率为3 42 SiO2的折射率为1 5 入射光波长为589 3nm 观察到7条暗纹 如图所示 问SiO2薄膜的厚度d是多少 反射光产生干涉的条件为 例题 有白光光源进行双缝实验 若用一个纯红色的滤色片遮盖一条缝 用一个纯蓝色的滤色片盖另一条缝 则 A 干涉条纹的宽度发生改变 B 产生红光和蓝光两套彩色干涉条纹 C 干涉条纹的亮度将发生改变 D 不产生干涉条纹 D 例题 用波长为 的平行单色光垂直照射图中所示的装置 观察空气薄膜上下表面反射形成的等厚干涉条纹 试在下方的方框内画出相应的干涉条纹 只画暗条纹 表示出它们的形状 条数和疏密 解 在下表面