光的干涉1ppt课件

1、1波动光学第八章2 8-1 光的相干性光的相干性 薄膜干涉薄膜干涉一、光振动一、光振动 相干光源相干光源光源的发光机制是电子的能级跃迁。光源的发光机制是电子的能级跃迁。 = (E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射波列波列波列长波列长L = c秒秒810 光源光源-能发射光波的物体。能发射光波的物体。可见光频率范围：可见光频率范围：7.57.5101014 14 - 3.9- 3.9101014 14 Hz真空中对应的波长范围：真空中对应的波长范围：3900 3900 7600 7600 相应光色：紫、蓝、青、绿、黄、橙、红相应光色：紫、蓝、青、绿、黄、橙、红3单色光：单色光：有单一

2、频率的光。有单一频率的光。复色光：复色光：由各种频率组成的光。由各种频率组成的光。1.1.光振动光振动 光矢量光矢量 光波是电磁波，是变化的电场强度和磁场强度在空间的传播。光波是电磁波，是变化的电场强度和磁场强度在空间的传播。E 在光波中参与物质相互作用（感光作用、生理作用）的是在光波中参与物质相互作用（感光作用、生理作用）的是 ，称为光矢量。，称为光矢量。 的变化称的变化称为光振动。为光振动。E光强：在光学中，通常把平均能流密度称为光强，用光强：在光学中，通常把平均能流密度称为光强，用I 表示。表示。20EI 平面简谐电磁波：平面简谐电磁波：220AEI 在波动光学中，主要讨论的是相对光强，

3、因此在同一在波动光学中，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：介质中直接把光强定义为：42.2.相干光源相干光源两个普通的光源不能构成相干光源。两个普通的光源不能构成相干光源。（1 1）间歇性）间歇性 不同分子或原子激发发光是彼此独立的，它们发出的波列的振动方向和初相位具不同分子或原子激发发光是彼此独立的，它们发出的波列的振动方向和初相位具有随机性。有随机性。 迭加处位相差迭加处位相差“瞬息万变瞬息万变”，因此来自两个独立光源的两束光，迭加后无干因此来自两个独立光源的两束光，迭加后无干涉现象。涉现象。分子或原子发光特点：分子或原子发光特点： 分子或原子每次发光的时间极短，约分

4、子或原子每次发光的时间极短，约10-8 秒秒。发出一段有限长的光波，称为波。发出一段有限长的光波，称为波列。每次的发光时间、振动方向、相位均不确定。列。每次的发光时间、振动方向、相位均不确定。（2 2）独立性）独立性 将一点光源发出的光分成两束，即将每个分子或原子发出的每一个波列都一分为将一点光源发出的光分成两束，即将每个分子或原子发出的每一个波列都一分为二，这样分出的两束光满足相干条件，称相干光，该光源称为相干光源。二，这样分出的两束光满足相干条件，称相干光，该光源称为相干光源。5分波阵面法分波阵面法分振幅法分振幅法获得相干光的途径（方法）获得相干光的途径（方法）PS * *分波阵面法分波阵

5、面法分振幅法分振幅法 P薄膜薄膜S S * *从同一波阵面上的不同部分产生的次级波满足相干条件。从同一波阵面上的不同部分产生的次级波满足相干条件。 利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅较小的两束相干光。利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅较小的两束相干光。6二、光程与光程差二、光程与光程差干涉现象的条纹分布决定于两束相干光的位相差。干涉现象的条纹分布决定于两束相干光的位相差。同一介质同一介质两光之间的几何路程差。两光之间的几何路程差。不同介质不同介质? ?18103 smc1.1.光在真空中的传播速度：光在真空中的传播速度：2.2.光在折射率为光在折射率为n 的的介质中的传播速度：介质中的

6、传播速度：ncu 3.3.光在折射率为光在折射率为n 的的介质中的波长：介质中的波长：nncun 光在介质光在介质n中传播几何路中传播几何路程程x位相改变位相改变 nxxn22 说明说明光光在折射率为在折射率为n 的的介质中走介质中走x 路程路程所所引起的相位改变与该引起的相位改变与该光光在真空中走在真空中走nx 路程路程所所引引起的相位改变相同。起的相位改变相同。7 1n2n1r2r2S1S)rnrn(rnrn11221122222 光在某一介质中所经历的几何路程光在某一介质中所经历的几何路程x 和该介质的折射率和该介质的折射率n 的乘积的乘积nx 定义为定义为光程光程。由于均匀介质有：由于

7、均匀介质有：ctxucnx 所以光程可认为是在相同时间内，光在真空中通过的路程。所以光程可认为是在相同时间内，光在真空中通过的路程。2211rnrn光光程程分分别别为为：8 221122 )rnrn( 两束相干光相遇发生干涉，干涉条两束相干光相遇发生干涉，干涉条纹的明暗条件由光程差确定。纹的明暗条件由光程差确定。 干干涉涉减减弱弱干干涉涉加加强强210212210,k)k(,kk 5. 光程差：光程差：)rnrn(1122 6. 半波损失：光从光疏介质射向光密介质时，在界面上的反射光的相位突变半波损失：光从光疏介质射向光密介质时，在界面上的反射光的相位突变 ，即反射光的光，即反射光的光程突变（

8、增加）程突变（增加）/2。7. 透镜不产生附加光程差。透镜不产生附加光程差。A、B、C 的位相相同，在的位相相同，在F点会聚，互相加强，点会聚，互相加强，即即A、B、C 各点到各点到F点的光程都相等。点的光程都相等。AaF比比BbF经过的几何路程长，但经过的几何路程长，但BbF在透镜中经过的路程比在透镜中经过的路程比AaF长，透镜折射率大于长，透镜折射率大于1 1，折算，折算成光程，成光程，AaF的光程与的光程与BbF的光程相等，所以的光程相等，所以透镜不产生附加光程差透镜不产生附加光程差。ABCabcF9三、薄膜干涉三、薄膜干涉 利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和折射，可在反射方向利用薄

9、膜上、下两个表面对入射光的反射和折射，可在反射方向( (或透射方向或透射方向) )获得获得相干光束。相干光束。1. 均匀均匀薄膜干涉薄膜干涉 在均匀透明介质在均匀透明介质n1 1中放入一上下表面平行中放入一上下表面平行, ,厚度厚度为为e 的均匀介质的均匀介质 n2 2(n1 1) )，用平行光垂直照射薄膜，用平行光垂直照射薄膜，其反射光和折射光如图所示。其反射光和折射光如图所示。2S1A2n1nCBDe1n光光2 2和光和光3 3经历不同路程而产生光程差。经历不同路程而产生光程差。222 en若若n2 2 n1 1 , ,则只有光则只有光2 2在界面在界面AB上有半波损失，两束光的光程差为上

10、有半波损失，两束光的光程差为: :10干涉条件干涉条件: 对于同样的入射光，当反射方向干涉加强时，在透射方对于同样的入射光，当反射方向干涉加强时，在透射方向就干涉减弱，即干涉结果明暗互补。向就干涉减弱，即干涉结果明暗互补。对于透射光对于透射光: 当当n2 2 n1 1 , ,则光则光5 5在界面在界面AB 、 CD上皆无半波损失，上皆无半波损失，4 4、5 5两束光的光两束光的光程差为程差为: :en22 若若n2 2 n )a 减减弱弱加加强强21222 )k(kne15 牛顿环牛顿环( (等厚干涉特例等厚干涉特例) )eoRr 暗暗条条纹纹明明条条纹纹21021232122,k)k(,kk

11、e 空气薄膜中任一厚度空气薄膜中任一厚度e 处上下表面反射光的干涉条件：处上下表面反射光的干涉条件：1622222eRe)eR(Rr eR 略去略去e2 2Rre22 各级明、暗干涉条纹的半径：各级明、暗干涉条纹的半径：明明条条纹纹 ,kR)k(r21212 暗暗条条纹纹 210,kkRr 随着牛顿环半径的增大，条纹变得越来越密。随着牛顿环半径的增大，条纹变得越来越密。当当e =0,=0,两反射光的光程差两反射光的光程差 = = /2/2，为暗斑。，为暗斑。eoRr17 测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化h待测块待测块规规标准块标准块规规平晶平晶 测表面不平度测表面不平度等厚条纹等厚条纹待测工件待测工件平晶平晶 检验透镜球表面质量检验透镜球表面质量标准验规标准验规待测透镜待测透镜暗纹暗纹 等厚干涉的应用等厚干涉的应用18 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪M122 11