光的干涉01课件

光的干涉光的干涉光的干涉第一章interferenceoflightchapter01鲁东大学物理与光电工程学院主要内容§1.1波动独立性、叠加性和相干性§1.2由单色波叠加形成的干涉图样§1.3分波面双光束干涉§1.4干涉条纹的可见度光波的时间相干性和空间相干性§1.5菲涅耳公式§1.6分振幅薄膜干涉（一）——等倾干涉§1.7分振幅薄膜干涉（二）——等厚干涉§1.8迈克耳孙干涉仪§1.9法布里－泊罗干涉仪多光束干涉§1.10光的干涉应用举例牛顿环本章概述▲光的电磁理论（§1-1）明确光是电磁波，产生光效应的是电场强度矢量。▲波动的特性

（§1-1）讨论波的独立性、迭加性、相干性。

▲光的干涉

（§1-2—§1-7）

▲干涉的应用

（§1-8—§1-10）干涉仪和其他应用。

▲

附录

计算方法和公式的推导。相干光的获得分波面分振幅几种重要的干涉实验分振动面（第五章）本节主要内容§1─1光的电磁理论一、光是一定频率的电磁波二、电磁波的传播速度和折射率三、电磁波的性质

四、光的强度

§1─2波动的独立性、叠加性和相干性一、机械波的独立性和叠加性二、干涉现象是波动的特性三、相干与不相干叠加§1—3由单色波迭加所形成的干涉花样一、相位差和光程差二、干涉图样的形成§1-1光的电磁理论一、光是一定频率的电磁波自由空间的麦克斯韦方程组：真空中物质方程：

自由空间电磁场的波动方程为：

光是某一波段范围的电磁波。

颜色中心频率/Hz中心波长/nm波长范围/nm

红660

橙610

黄570

绿550

青460

蓝440

紫410单色光频率、波长对应表632.8656.3486.1589.3546.1氦-氖激光器钠灯汞灯氢灯常用单色光源及波长(nm)可见光对应的电磁波段：

波长：390nm──760nm

频率：7.5×1014Hz——4.1×1014Hz

二、电磁波的传播速度和折射率介质中电磁波波速

透明介质中：

2．电场总是垂直于磁场。

3．总是给出波的传播方向。

4．两种场总以相同的频率变化，且彼此同相（同步）。

EH平均能流密度

在光波段，介质分子的磁化机构几乎冻结，

磁导率

则光强与电磁场振幅的关系为：

能流密度的平均值正比于电矢量振幅的平方?

四、光的强度（辐照度）

讨论：（1）如果在同一种介质中研究光强的空间分布，则定义光强：

……相对强度

（2）如果在不同介质中比较光强，则有§1─2波动的独立性、叠加性和相干性一、机械波的独立性和叠加性

2．叠加性：3．波的干涉：

如两波频率相同，在观察时间内振动不中断，且在相遇处振动方向几乎沿同一直线，则迭加后产生的合振动可能在有些地方加强有些地方减弱，这一强度按空间周期性变化的现象称为干涉。干涉：在波的叠加区域内，强度按空间周期性变化的现象称为干涉。干涉花样：各点的振动强度的一定的非均匀分布

的整体图像称为干涉花样。空气薄膜厚度不同形成的环状干涉花样牛顿环迈克尔逊干涉花样法布里－珀罗干涉花样二、干涉现象是波动的特性波动的特征

能量以振动的形式在物质中依次移动，物质本身并不随波移动。二、干涉现象是波动的特性波动的特征

能量以振动的形式在物质中依次移动，物质本身并不随波移动。微粒的特征：依靠微粒来迁移能量，能量随微粒一起移动。设两同振向、同频率的简谐波：

21AA2A1叠加后合振动为：

合振动的振幅A为：

合振动强度不等于分振动的强度之和。合振动之初位相为：

在观察的时间间隔τ内，合振动的平均相对强度。

讨论：

恒定时，

1、

（二）相干与非相干迭加

1．相干叠加：

频率相同、振向几乎沿同一直线、且在观察时间内两振动的相位差保持不变的两振动的叠加是相干的。2．非相干叠加：

两振动的相位差在观察时间内无规则地改变，合振动的平均强度简单地等于分振动强度之和时的叠加是非相干迭加。多个振动叠加时情况推广：设有几个同频的振动、振幅均为A，振向沿同一直线

如果叠加是相干的

如果叠加是非相干的

光干涉的必要条件频率相同振动方向相同相位差恒定P（三）光波的迭加§1—3由单色波迭加所形成的干涉花样一、相位差和光程差S1S2PS1S2P1.相位差

2.光程差

光程

S1S2P当

二、干涉花样的形成（一）P点合振动的相对强度21AA2A1

取

1．当

j=0、、

……

j=0、、

……

P点的光程差等于

的偶数倍时，两波叠加后强度最大，称干涉相长2．当

j=0、、

……

P点的光程差等于

的奇数倍时，两波叠加后强度最小，称干涉相消3．当

j=0、、

……

j—干涉级，因j从0开始有m个条纹，其级数应为j=m–1（二）干涉花样的分析1．花样的定性分析S1S2Z2．条纹位置及条纹间隔⊥

在

时，

最大时有：

P点为亮纹

光强最大条纹位置

j=0、、

……

明纹位置

光强最小条纹位置

P点为暗纹

最小时有：

j=0、、

……

j=0、、

……

暗纹位置条纹间距

讨论：

(1)各级亮条纹光强相等，

(2)相邻亮条纹或暗条纹均是等间距的,且与干涉级j无关。(3)入射光一定时，与r0成正比，与d成反比。

故要得到清晰的条纹，需r0>>d。

(4)r0、d一定，

。

如用白光作光源，

除j=0级中央明纹为白色