大学物理-完整课件--ch12-光的干涉

一、相干光光源的最基本发光单元是分子、原子=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射普通光源：自发辐射独立(不同原子发的光)··独立(同一原子先后发的光)•发光的随机性•发光的间隙性波列波列长L=c秒8101、光源的发光机理单色光——只含单一波长的光。复色光——含多种波长的光。准单色光——光波中包含波长范围很窄的成分的光。O0I20I22光是一种电磁波，由紫色到红色的可见光在真空中的波长为：4.0×10-7m到7.6×10-7m。光强：在光学中，通常把平均能流密度称为光强，用I表示。202002EECnSIr式中：n为折射率，Eo是光振动的振幅。20EI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：2、光的相干性cosEEEEE201022021022cos22121IIIII两频率相同，光矢量方向相同的光源在p点相遇非相干叠加：21III相干叠加：满足相干条件的光波称为相干光。cosIIIII21212位相差恒定时，有干涉现象，若21II2412211cosI)cos(II142IIk012I)k(干涉相长干涉相消无干涉现象OI14I535312I1I两相干光束两非相干光束一个光源3、相干光的获得方法（1）分波阵面（分波前）法（2）分振幅法杨氏干涉等等倾干涉、等厚干涉二、光程与光程差1、波长与媒质的关系n/式中：光在媒质中的波长，n为媒质的折射率，为光在真空中的波长。2、光程式中：n为媒质折射率，l为光波在该媒质中所经历的几何路程。nlL若光波先后通过几种媒质，则iilnL两束相干光的光程之差，称为光程差。3、光程差与相位差的关系12LL两相干光的相位差为2式中：λ为光在真空中的波长。在相同时间内，光在介质中传播的路程l，折算成光在真空中传播的路径nl。光程的物理意义：暗纹（明纹2102)122,1,0,,kkkk干涉条件：在干涉和衍射装置中，经常要用到薄透镜，可以证明，两束光线经过理想透镜时，不会产生附加光程差。4、理想透镜不会产生附加光程差ABCabcF三、分波阵面干涉将点光源发出的波阵面分割成两部分，使它们分别通过某些光学装置，经反射、折射或衍射后再在一定的区域里叠加而产生干涉，这种方法称为分波阵面法。1、杨氏双缝实验用分波阵面法产生的干涉，称为分波阵面干涉。干涉条纹为一条列等间距的平行直条纹。S1S2S***杨氏双缝干涉：杨氏干涉条纹Dd波程差：sindrr12S1S2SDxd1r2rpoDxdantd其中k=0为中央明纹（零级明纹）讨论1）相长干涉条件dDkxk,k=1为第一级明纹……2)12(,2)12(dDkxk其中k=0为零级暗纹k=1为第一级暗纹……2）相消干涉条件3）条纹间距Δx相邻明（或暗）条纹中心的距离，称条纹间距。dDx干涉条纹为一条列等间距的平行直条纹。4）白光入射若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。1k2k1k3k3k2k2、洛埃镜实验1S2SMLdpQ'p'QD光栏EEE当把观察屏移到紧靠平面镜的B端时，在屏与镜面接触处恒为暗纹，表明有半波损失。在入射角i≈0或i≈90o的情况下，光从光疏媒质（n较小）到光密媒质（n较大）表面反射会产生半波损失，反射光的光程应加上（或减去）λ/2。四、分振幅干涉当一束光投射到两种透明媒质的分界面时将分成两束：一束为反射光，另一束为折射光。这种将同一束光分解成两部分的方法，称为分振幅法。用分振幅法产生的光干涉，称为分振幅干涉。1、薄膜干涉e3n1n2niACDPB（1）传播光程差δ0两条光线经不同媒质传播直到相遇时的光程差（不考虑半波损失）称为传播光程差。inne221220sin212（2）附加光程差δ′•当n1n2n3或（n1n2n3）时，称反射条件相同。0•当n1n2n3或（n1n2n3）时，称反射条件不同。2反射条件相同反射条件不同0/2sin2221220inne注意：λ为入射光在真空中的波长。•当n1n2n3或（n1n2n3）时，称反射条件相同。•当n1n2n3或（n1n2n3）时，称反射条件不同。e3n1n2niACDBP12暗纹条件明纹条件2)12(kk1）等入射角的光束产生同一级干涉条纹，这样的条纹称等倾干涉条纹。2）等倾干涉条纹是一系列外密内稀的同心圆环。3）反射光的干涉图样与透射光的干涉图样是互补的。即当入射角一定时，反射光的干涉得明纹，则透射光的干涉必得暗纹，反之亦然。条纹的形成0/2sin2221220inne讨论Lfn1n3n2i21Siii·1’2’P’Pr环薄膜等倾干涉条纹的形成等入射角的光束产生同一级干涉条纹O’O俯视图等倾干涉条纹的分布特点外密内稀的同心圆环e3n1n2nCDB反射光iA透射光F可以证明：反射光与透射光的传播光程差δ0相同。但半波损失的情况正好相反，反射光有半波损失时，透射光则没有，反之亦然。反射光的干涉图样与透射光的干涉图样是互补的。E（3）应用1）增透膜。例如照相机镜头、助视光学仪器、太阳能电池表面等。2）高反射膜。例如，激光器中的高反射镜；宇航员头盔和面甲上镀有对红外线具有高反射率的多层膜，以屏蔽宇宙中极强的红外线照射。3）干涉滤光片。精心设计和制备的多层膜，还能做到只让较窄波长范围的光通过，可用来从白光中获得特定波长范围的光。[应用实例]在照相机玻璃镜头的表面涂有一层透明的氟化镁（MｇF2）薄膜，在垂直入射的情况下，为了使对某种底片最敏感的波长为5500埃的黄绿光透射增强。试问此薄膜的最小厚度应为多少？已知玻璃的折射率为1.50，氟化镁的折射率为1.38。平常我们看到照相机镜头上呈现出蓝紫色光，为什么？e5.13n11n38.12n12mne1.042（1）劈尖干涉若薄膜的上下界面互不平行，且成很小的夹角θ，这样的薄膜称为劈尖。inne22122sin2单色平行光垂直照射劈尖：反射条件相同反射条件不同02220en·en1n3n2·A反射光2反射光1单色平行光S122、等厚干涉暗纹条件明纹条件2)12(0222kken1）劈尖干涉条纹为等厚干涉条纹，即e相同，则有δ相同、干涉结果相同。2）相邻两条明纹（或暗纹）间劈尖的厚度差22ne条纹间距：sinel劈尖干涉条纹是相互平行的且等间距的直条纹。讨论3）空气劈尖（n2=1）22e2e（3）牛顿环eoRr若以单色光垂直照射，则在反射光中观察到一系列以接触点C为中心的明暗相间的同心圆环，这种等厚干涉的条纹称为牛顿环。eoRr由几何关系可得，222)RreR（Rre222222Rre明、暗环半径：),3,2,1(2)12kRkr（明),3,2,1(kkRr暗在透镜和玻璃的接触处（e=0、r=0），光程差δ=λ/2，因此，牛顿环中央为暗斑。