第十二章光学 光的干涉

第十二章光学,光学由四部分构成：几何光学、波动光学、量子光学、现代光学。,光的本质是什么？,微粒说波动说,学习本章中光的波动性,12-2光源、单色光、相干光,一、光源,热光源利用热能激发的光源。,冷光源利用化学能、电能、光能激发的光源。,发光的物体称为光源。,光具有波粒二重性,物质的分子和原子只能出于某些特定的能量状态。,从高能态跃迁到低能态，这个过程中就辐射出能量，发出光波。,光波特点：（1）有限长（1米左右）,（2）振动方向一定,（3）振辐基本不变的正弦波。,热光源的辐射机构：大量的分子和原子在热能的激发下辐射电磁波。,二、单色光,具有一定频率的光,“一定频率”是一个很窄的频率范围（），具有一个很窄的频率范围的光。,越小，光的单色性越好。,单色光的获得方法：（1）利用不同频率的光通过介质时折射率不同，使复色光通过三棱镜；（2）利用有选择性吸收性能的物质制成滤光片。,三、相干光,干涉条件：振动频率相同，振动方向相同，相位差恒定的。,其数值为：,合振动,光波是电磁振动在空间的传布，矢量在空间的传播。,光波中的振动矢量用表示。,设有两列振动方向和振动频率都相同的光波在空间某点P相遇，两光在P点的振动矢量分别为.,其中,因此,叠加后的总光强是原来；两光强之和，这是常见的。,如两光束来自同一光源，保持恒定。,则,合成后的光强不是简单地相加，随而变。,两光束的频率相同，振动方向相同，有恒定相位差，才能产生干涉。,把称之为相干光,同一光源同一部分发出的光分成两束后，这两束光即为相干光。,四、相干光的获得,123双缝干涉,一、扬氏双缝实验,历史上第一个研究光的干涉现象的实验。,装置,二、产生明暗干涉纹的位置,两相邻明纹或暗纹的间距,（2）菲涅耳双镜实验,（3）洛埃镜实验,（1）菲涅耳双棱镜实验,三、另外几个双缝实验,124光程和光程差,一、光程,光在介质中经过的几何路程与介质折涉率的乘积叫光程。,频率波速波长,同波数的光在真空中所占的几何路程为,设在介质（n）中，光通过的路程为，这段包含的光波数为,二、光程差,设为频率为的相干光，初相位相同，则两波在p点振动。,在p点相位差为,波在介质中通过的路程，就相当于真空中通过了的路程。,相位差决定于它们的光程差。,相位差也用光程差来表示。,四、反射光的相位突变和附加光程差,光从光疏介质射到光密介质界面反射时，反射光有相位突变，即有半波损失。,三、等光程性,平行光通过薄透镜不会使光程产生变化。,说明：从与光线垂直的面到焦点，各光线等光程。,125薄膜干涉,一、等倾干涉条纹,等倾干涉条纹是明暗相间的同心圆环组成。,薄膜厚度均匀时,光程差仅由入射角决定,随改变,光程差改变.这种干涉称为等倾干涉.越大,越小,干涉条纹级别越低.,注意：,（1）式中各量意义,（2）适用条件,两反射光都有或都没有半波损失。,若两反射光中一条有半波损失，则干涉条件相反,（3）干涉加强减弱与膜厚、入射角（或）有关。,对透射光也有干涉现象，无附加光程差。,二、增透膜和高反射膜,氟化镁簿膜（n=1.38）,增透膜,称之为薄膜的光学厚度，光学厚度等于入射光波长四分之一的氟化镁簿膜为增透膜。,玻璃表面反射率为8%；,氟化镁反射率降为0.078%。,增反膜、高反射膜,多层膜,人眼最敏感的波长,硫化锌(n=2.4),三、等厚干涉条纹,平行光入射到厚度不均匀的透明介质薄膜上，在薄膜表面上产生的干射现象称之为等厚干涉。,1、劈尖干涉,（1）实验装置,（2）明暗条件,很明显e一定处，光程差一定，从而形成同一级干涉条纹，所以干涉条纹是与棱边平行的直线。故此干涉称为等厚干涉。,利用上式：（1）测定单色光的波长；,（2）细丝直径或薄片厚度；,（3）检查工件表面平整度。,两相邻明纹或暗纹间距相同，设为,2、牛顿环,（1）装置,（2）明暗纹条