普通物理18名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

第十八章光干涉光源发光特征一.光源光源最基本发光单元是分子、原子。=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射波列波列长L=c第1页2.激光光源：受激辐射=(E2-E1)/hE1完全一样E21.普通光源：自发辐射··独立（同一原子先后发光）独立（不一样原子发光）（传输方向，频率，相位，振动方向）第2页▲普通光源发光特点:1.原子发光是断续，一个原子每一次发光只能发出一个波列；2.同一时刻各原子发出光波频率、振动方向和相位各不相同；3.同一原子不一样时刻所发出波列，振动方向和相位各不相同。两个普通光源或同一普通光源不一样部分所发出光是不相干第3页二.取得相干光两种方法1.振幅分割法利用光在两种介质分界面上反射光和透射光作为相干光第4页2.波阵面分割法从点光源发出同一波阵面上取出两个部分作为相干光源

第5页18.1分波前干涉

1.

机械波同频率,同振动方向,相位相同或相位差恒定相干波一.光干涉干涉合振动加强合振动减弱第6页2.光波光波是电磁波E矢量（光矢量）振动S1S2r1r2P第7页总光强加强★加强和减弱条件▲相位差:加强减弱▲光程差:减弱第8页★产生干涉必要条件1.同频率;2.存在相互平行振动分量(同振动方向);3.同相位或相位差恒定.——相干光第9页二.干涉条纹反衬度

描述干涉现象显著程度Io2-24-44I1衬比度差(

<1)衬比度好(

=1)振幅比▲决定衬比度原因：光源宽度光源单色性IImaxImino2-24-4第10页三.杨氏双缝干涉18，英国科学家托马斯·杨（ThomasYoung1773-1829)首先完成了光干涉试验，第一次把光波动学说建立在牢靠试验基础上。第11页1.试验装置P0S1,S2是同一波阵面两部分两子波源发出光是相干光分波阵面法S1,S2两子波源第12页1.干涉条纹以P0为(与S1,S2等距离)为对称点而明暗相间,P0条纹为明条纹;2.用不一样单色光源作试验时,各明暗条纹间距各不相同;3.用白光作试验,则中央条纹是白色,在中央白条纹两侧,形成一由紫到红彩色条纹.2.

试验现象白光入射杨氏双缝干涉照片第13页3.条纹位置光程差S1S2PODr1r2xd光程差(远屏近轴)第14页▲亮条纹▲暗条纹第15页▲干涉条纹间距等间距第16页★讨论:(1).使双缝间距逐步减小;d,x条纹变疏,两侧条纹向远离中央地方移动.第17页(2).保持双缝间距不变,使两缝与屏之间距离逐步减小;D,x条纹变密,两侧条纹向中央靠拢.第18页(3).遮住双缝中一条,并在两缝垂直平分线上放置一平面反射镜.光波从光疏媒质射到光密媒质界面发射时半波损失明暗条纹相反.洛埃镜第19页4.光强公式若I1=I2

=I0

,则光强曲线I02-24-4k012-1-24I0x0x1x2x

-2x-1sin0/d-/d-2/d2/d第20页四.其它分波面干涉试验菲涅耳双棱镜、双面镜和洛埃镜菲涅耳双面镜洛埃镜

菲涅耳双棱镜第21页例1.P48页习题18-1答案:E第22页例2.在双缝装置中,用一厚度为e=6.610-6m,折射率为n=1.58云母片覆盖上面一条缝后,零级条纹将移到第几级明纹处.已知=550nm.解：r1r2P设未插入时，P处为第k级明条纹，则插入后，P为零级条纹第23页▲讨论： 假如已知屏幕上第k级明条纹移到中央零级位置，则情况怎样？第24页n1n2d18.2薄膜干涉

一.薄膜干涉ABSaba'b'iC1.光路分析B处干涉(上表面)分振幅法第25页n1n2d2.计算光程差LAB长度远小于光源S到薄膜距离近似认为SA与SB平行ABSaba'b'iSDAC光线bb'在光疏媒质到光密媒质界面反射半波损失作ADSB第26页n1n2dABSaba'b'iSDAC第27页折射角入射角亮纹暗纹第28页n1n2d(1).透射光无半波损失透射时,干涉相互加强;反射时,干涉相互减弱;透射时,干涉相互减弱;反射时,干涉相互加强.★讨论:ABSaba'b'iSDAC第29页(2).垂直入射垂直入射，i=0反射时透射时亮纹暗纹正入射时，薄膜表面某处干涉光强度仅与所在点厚度相关，沿薄膜等厚线干涉光光强相等——等厚干涉第30页白光入射单色光入射3.薄膜干涉条纹肥皂泡干涉条纹第31页油膜上干涉条纹蝉翼上干涉条纹第32页例3.沿着与肥皂膜法线方向成35角方向观察,薄膜呈绿色(=500nm),设肥皂水折射率为1.33,求:(1).薄膜最小厚度;(2).假如垂直注视,薄膜将呈何色?解：(1).膜呈绿色,即对绿色干涉加强第33页(2).黄绿色第34页例4.P51习题18-23玻璃空气介质膜n1=1n=1.3n2=1.5两次半波损失，相消干涉条件：按题意：垂直入射，光程差第35页在这两个波长间,无其它波长光发生相消干涉代入：解得：由：第36页n二.劈尖干涉平行光垂直入射(i=0)劈尖上表面干涉劈尖1.光路分析夹角很小两个平面所组成薄膜aba'b'S*·第37页naba'b'2.计算光程差L无半波损失劈尖下表面反射有半波损失明条纹暗条纹与棱边平行明暗条纹劈尖上表面反射d:两相干光相遇处对应劈尖厚度等厚干涉第38页l▲两相邻明条纹或暗条纹间对应厚度之差dk+1dk▲两相邻明条纹或暗条纹间距离

愈小,干涉条纹越疏;愈大,干涉条纹越密.第39页▲半波损失证据在交棱处d=0,光程差等于/2,应看到干涉条纹为暗条纹.

实际上，在交棱处是暗条纹第40页透射光无半波损失★讨论:干涉条纹明暗情况与反射时相反,棱边为明条纹第41页第42页▲应用检验玻璃片光洁平整程度第43页三.牛顿环第44页平整玻璃板大曲率平凸透镜弧形空气劈尖等厚干涉干涉条纹（等厚干涉）是一组明暗相间同心圆环O劈尖上表面干涉1.干涉装置第45页2.计算光程差LCORdr

d不可测，用可测量代替n=1n1>1n1>1有半波损失第46页明纹半径暗纹半径▲明,暗环半径第47页▲干涉条纹特点(1).干涉条纹是以接触点为圆心一组明、暗相间同心圆环。中心接触处为一暗斑；(2).从中心向外，条纹级数越来越高；离中心愈远，牛顿环越密;(3).白光入射时，对同级彩色条纹，红色在外圈，紫色在内圈。第48页白光入射牛顿环照片第49页▲应用：可用牛顿环测透镜曲率半径实际上，透镜和平玻璃并不严格接触，对应中心黑斑k0

k级rk+m级rm第50页(1).透射光无半波损失★讨论:干涉条纹明暗情况与反射时相反,中心为亮斑第51页(2).单色光照射下观察牛顿环,假如在垂直方向上移动平凸透镜,则当透镜离开或靠近平板玻璃时,牛顿环将发生什么改变?求解曲率半径公式有没有改变?CORdrh设将平凸透镜向上移一距离h,则各处空气厚度均增加h.h增加/4,则干涉条纹向里收缩,明暗交替一次;h增加/2,则干涉条纹变得与原来相同,但干涉条纹级数增加1;远离时,牛顿环收缩,各处发生同时明暗交替改变;靠近时,牛顿环扩张,同时交替改变.第52页第53页不变第54页例5.P40例18-5已知：第55页例6.在牛顿环中用波长观察第5个明环与用未知波长观察第6个明环重合。求。解：明纹条件：两明环重合，有相同d第56页或第57页四.增透膜和高反膜1.增透膜光线射向透明介质时，同时有折射和反射玻璃：透射占96%；反射占4%精密光学镜头，有多层透镜组成，屡次反射后透射光减弱增强透射，降低反射▲原理利用薄膜干涉，使反射光发生干涉相消——减弱使透射光发生干涉相长——增强第58页第59页空气介质膜玻璃n1=1n>1n2>n上下表面两次半波损失两束反射光光程差相消条件：n1<n<n2薄膜厚度满足此式，透射光增强第60页或——光学厚度▲能够证实：当薄膜折射率满足下式时，两束反射光强相等，发生完全透射例：n1=1.0，n2=1.52,用氟化镁MgF2，n=1.38反射率1.2%无此材料当k=0时，薄膜厚度有最小值第61页2.增反膜增强透射，降低反射第62页两束反射光干涉相长当k=1时，薄膜厚度有最小值或增反膜光学厚度是增透膜两倍▲n1<n<n2空气介质膜玻璃n1=1n>1n2>n同种介质膜第63页上表面一次半波损失反射光干涉相长条件：两束反射光光程差当k=1时，薄膜厚度有最小值或与增透膜公式相同发生半波损失次数不一样▲

n1<n>n2空气介质膜玻璃n1=1n>1n2<n第64页例7.在折射率为1.52镜头表面涂有一层折射率为1.38MgF2增透膜，如此膜适合用于波长为550nm光，膜厚度是多少？玻璃空气介质膜n1=1n=1.38n2=1.52解:上下表面两次半波损失反射光相消当取k=0第65页五.等倾干涉等倾条纹摄影观察等倾条纹试验装置和光路inMLSf屏第66页L

fPo

r环B

ennn>nirA

CD··21Siii光束1、2光程差：·

··第67页得或明纹暗纹倾角i相同光线对应同一条干涉条纹—等倾条纹第68页18.3迈克尔逊干涉仪迈克耳逊在工作

迈克耳逊（A.A.Michelson）美籍德国人因创造精密光学仪器，用以进行光谱学和度量学研究，并准确测出光速，获19诺贝尔物理奖。第69页一.仪器结构第70页第71页二.光路图S分光板赔偿板赔偿光程,使两光束在玻璃介质中光程相等.扩展光源2'2'M2M11'1'12半透半反膜第72页三.工作原理光束2′和1′发生干涉若M1、M2平行

等倾条纹若M1、M2有小夹角

等厚条纹光程差：空气薄膜厚度两倍M12211SM2M1G1G2E空气薄膜第73页迈克耳逊干涉仪中观察到几个经典条纹第74页四.测量原理空气膜厚度改变/2光程差L=亮(暗)条纹移过一条前后调整M2，相当于改变两镜空气间隙厚度假如干涉条纹移动N

条，则M2移动距离：第75页五.应用准确测量长度或长度改变、测量波长、测量介质折射率及研究光谱线精细结构等用迈克耳孙干涉仪测气流第76页第77页18.4光波空间相干性和时间相干性一.光波空间相干性讨论光源宽度对干涉条纹衬比度影响。xI合成光强0Nx+1L0M0L-1NS1d/2S2RD光源宽度为bb/2LMN0M0N0LI非