光的干涉课件

光的干涉课件第1页，共31页，2023年，2月20日，星期三1．理解相干叠加和不相干叠加的区别和联系;2．理解光的相干条件和光的干涉定义;3．理解干涉条纹的可见度，以及空间相干性和时间相干性对干涉条纹可见度的影响;4．掌握相位差和光程差之间的关系;5．掌握分波面干涉装置的干涉光强分布的基本规律，即干涉条纹的间距和条纹的形状等;第一章教学目标第2页，共31页，2023年，2月20日，星期三6．掌握分振幅等倾干涉的条纹待征和光强分布及其应用;7．掌握分振幅等厚干涉的条纹待征和光强分布及其应用;8．掌握迈克耳孙干涉仪和法布里—珀罗干涉仪的基本原理及其应用.第3页，共31页，2023年，2月20日，星期三1.11.电磁波

根据麦克斯韦理论：变化的电场与变化的磁场互相激发形成电磁波.

H

E

§1.1

波动的独立性、叠加性和相干性一、光的电磁理论第4页，共31页，2023年，2月20日，星期三2.平面电磁波的性质

(1)

电磁波是电场强度与磁场强度的矢量波

(ref.附录1.2)E

z

H或

B

第5页，共31页，2023年，2月20日，星期三(2)横波

(3)

真空中波速:

介质中波速:

麦克斯韦：光是特定波段的电磁波！第6页，共31页，2023年，2月20日，星期三3.光矢量（光波的振动矢量）用电场强度矢量表示

定义：折射率

对非铁磁性介质

4.光的强度（光强度、光强）用平均能流密度表示

（A为电场强度振幅）：一般仅表示相对光强度第7页，共31页，2023年，2月20日，星期三5.电磁波谱长波波段：波动性显著短波波段：粒子性显著光波波段：波粒二象性显著第8页，共31页，2023年，2月20日，星期三3900Å

紫7600Å

红可见光：引起人视觉的那部分电磁波。光源：发射光波的物体。波长范围：(390~760)nm

(7.5~4.1)×1014

Hz390

—

435

—

450—

492

—

577

—

597

—

622

—760

nm

紫

蓝

青

绿

黄

橙

红6.光波波谱明视觉国际标准（1971）第9页，共31页，2023年，2月20日，星期三二.机械波的独立性和叠加性

当几个波源产生的波在介质中相遇时，可以互不相干地通过介质，保持各自原有的频率、波长、振动方向等特性，就象没有遇到其它波一样——独立性在相遇区域内，介质质点的合位移是各波在该处单独引起的分位移的矢量和——叠加性（波动方程是线性的，振动强度较弱时介质对振动的响应也是线性的，故遵循线性叠加原理）第10页，共31页，2023年，2月20日，星期三两列波频率相等，在观察时间内波动不中断，且在相遇处振动方向几乎沿着同一直线。它们叠加后产生的合振动在某些点加强,

某些点减弱的现象叫做干涉。三.干涉现象是波动的特性

干涉：干涉现象波动性干涉图样：干涉时产生的合振动强度在空间的分布图象。为何平时不常看到光的干涉图样？第11页，共31页，2023年，2月20日，星期三四.相干与不相干叠加

1.空间某点处两列光波的叠加

p

·

·

·

1

2

r1

r2

第12页，共31页，2023年，2月20日，星期三1

2

A

A1

A2

t>>T(10-15s)，t为观测时间，T为光振动周期

第13页，共31页，2023年，2月20日，星期三讨论：1.若相位差随时间作无规则变化，即随机取遍0到2π间所有值，则有：结论：非相干叠加，I为两振动强度之和。结论：相干叠加，I随相位差有规律地变化。2.若相位差不随时间变化，即与t无关，则有:第14页，共31页，2023年，2月20日，星期三相干叠加合强度的变化规律：此时为干涉加强（相长）此时为干涉减弱（相消）a.若b.

若c.

若为其他任意值时第15页，共31页，2023年，2月20日，星期三3.N（≥2）列同频率、同振幅、同振动方向光波的叠加：第16页，共31页，2023年，2月20日，星期三§1.2

由单色波叠加所形成的干涉图样

一.相位差和光程差

p

·

·

·

s1

s2

r1

r2

S1点：

S2点：

P点：

第17页，共31页，2023年，2月20日，星期三定义：光程物理意义：

光波在折射率为

n

的介质中传播

r

路程，等效于在真空中传播了

nr

的路程（时间相同）．光程差：物理意义：

光波在不同（或相同）介质中传播光程的差别，等效于光波在真空中传播路程的差别。相位差为相位差为第18页，共31页，2023年，2月20日，星期三下面考虑01=02，n1=n2≈1的情况，相位差为:二.干涉图样的形成

干涉强度表达式:1、干涉条件——明暗条纹形成条件:亮条纹：第19页，共31页，2023年，2月20日，星期三暗条纹：(j=0，±1，±2，···)(j=0，±1，±2，···)第20页，共31页，2023年，2月20日，星期三

如果S1和S2发出的波向一切方向传播，并且光波是在空气中传播n≈1，δ≈

r2－r1，则光强相同的空间各点的位置满足条件

由上式可知，这些点的位置是在以S1和S2连线为轴的双叶旋转双曲面上。第21页，共31页，2023年，2月20日，星期三双叶旋转双曲面第22页，共31页，2023年，2月20日，星期三2、某一屏上的双曲线条纹顶点的位置：P0dr0S1S2θPr1r2ryr2－r1P1第23页，共31页，2023年，2月20日，星期三明条纹：暗条纹：3、条纹间距——相邻级数的亮纹（或暗纹）

y值之差：第24页，共31页，2023年，2月20日，星期三4.总结：i.明纹位置ii.暗纹位置iii.明（暗）条纹顶点间距第25页，共31页，2023年，2月20日，星期三iv.光强分布一系列近乎平行、等间距、明暗相间的条纹v.条纹特点：第26页，共31页，2023年，2月20日，星期三vi.白光（或其他非单色光）入射时,非零级干涉条纹带有各种颜色，j

较大时有光谱重叠现象第27页，共31页，2023年，2月20日，星期三例题（习题1－3）

折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中，光屏上原来第5级亮条纹所在的位置变为中央亮条纹，试求插入的玻璃片的厚度。已知光波波长为6×10－7m。第28页，共31页，2023年，2月20日，星期三dr0S1S2θPP0r1r2rh第5级亮条纹位置变成中央亮条纹求玻璃片的厚度为多少？第29页，共31页，2023年，2月20日，星期三解：在玻璃片插入前，光屏