第十章 光的干涉ppt课件

.10-4光波的叠加光程几列光波在空间相遇后，每列光波都保持各自原有特性（频率、波长、振动方向等）不变，按原方向继续传播，在相遇区域内各点的光振动为每列光波在该点独立引起的光振动的叠加一光波的相干叠加相干条件：频率相同、振动方向相同、相位差恒定相干波干涉现象.它们在相遇点所引起的合光振动为表示两列光波在相遇点的相位差.1、非相干叠加独立光源的两束光或同一光源的不同部位所发出的光的位相差“瞬息万变”叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和，无干涉现象.2、相干叠加满足相干条件的两束光叠加后位相差恒定，有干涉现象相长干涉相消干涉.1分波前的方法杨氏干涉2分振幅的方法等倾干涉、等厚干涉普通光源获得相干光的途径（方法）.二光程与光程差干涉现象决定于两束相干光的位相差两束相干光通过不同的介质时，位相差不能单纯由几何路程差决定。光在介质中传播几何路程为r，相应的位相变化为一定频率的光波在折射率为n的介质中传播时，其波长为真空中波长的1/n倍.光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程即：光程这个概念可将光在介质中走过的路程，折算为光在真空中的路程.光程差若两相干光源不是同位相的两相干光源同位相，干涉条件.10-5双缝干涉一、杨氏双缝干涉分波阵面法.二杨氏干涉条纹分析D>>d相位差：干涉加强明纹位置干涉减弱暗纹位置光程差：.(1)明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧。干涉条纹特点：(2)相邻明条纹和相邻暗条纹等间距，与干涉级k无关。两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。.方法一：方法二：(3)D,d一定时，由条纹间距可算出单色光的波长。.三、双缝型的其他干涉装置1、菲涅耳双面镜明条纹中心的位置屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕上明暗条纹中心对O点的偏离x为：暗条纹中心的位置.2洛埃镜当屏幕E移至E'处，从S1和S2到L点的光程差为零，但是观察到暗条纹，验证了反射时有半波损失存在。.问：原来的零级条纹移至何处？若移至原来的第k级明条纹处，其厚度h为多少？例：已知：S2缝上覆盖的介质厚度为h，折射率为n，设入射光的波长为.解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：所以零级明条纹下移.原来k级明条纹位置满足：设有介质时零级明条纹移到原来第k级处，它必须同时满足：.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(或透射方向)获得相干光束。一、薄膜干涉在一均匀透明介质n1中放入上下表面平行,厚度为e的均匀介质n2(>n1)，用光源照射薄膜，其反射和透射光如图所示10-6等厚干涉和等倾干涉分振幅法.光线a2与光线a1的光程差为：由折射定律和几何关系可得出：.干涉条件对同样的入射光来说，当反射方向干涉加强时，在透射方向就干涉减弱。透射光干涉条纹和反射光干涉条纹互补.二等倾干涉S★从S发光，入射到半反半透平面镜M上.在膜N上下两表面反射通过透镜L在屏上会聚有相同入射角的光条纹在同一圆周上.相同的入射角对应同一级条纹。因此，对于厚度相同的薄膜干涉称为等倾干涉。.LfPor环BirACD··21Si光束1、2的光程差：···由前面的分析知或明纹暗纹屏上出现条纹:.条纹特征:(1)倾角i相同的光线对应同一条（级）干涉条纹(2)条纹形状:一系列明暗相间的同心圆环(3)条纹级次分布:n、d一定时(4)膜厚变化时,条纹的移动：由内侧级次高.(5)波长对条纹的影响:(6)条纹间隔分布：内疏外密.*增透膜和增反膜增透膜-----利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。增反膜-----利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。.例题1一油轮漏出的油(n1=1.20)污染了某海域,在海水(n2=1.30)表面形成一层薄的油污.如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为460nm,则他将观察到油层呈什么颜色?如果一潜水员潜入该区域水下,又将观察到油层呈什么颜色?解:飞机上观察的是反射光条纹δr=2n1d由干涉加强条件δ=kλ有k=1,λ1=2n1d=1104nmk=2,λ1=n1d=552nm可见光范围内是绿光.潜水员观察的是透射光干涉由干涉加强条件δ=kλ同理,k=2,λ2=736nmk=3,λ3=441.6nmk=4,λ4=315.4nm可见光范围内是红光和紫光.问：若反射光相消干涉的条件中取k=1，膜的厚度为多少？此增透膜在可见光范围内有没有增反？代入k和n2求得：.此膜对反射光相干相长的条件：可见光波长范围400~700nm波长412.5nm的可见光有增反。此增透膜在可见光范围内有没有增反？.例3：氦氖激光器中的谐振腔反射镜， 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 对波长=6328A0的单色光反射率达99%以上，为此在反射镜的玻璃表面上交替镀上ZnS(n1=2.35)和低折射率的材料MgF2(n2=1.38)共十三层，求每层膜的实际厚度？（按最小厚度要求）解：实际使用中，光线垂直入射；有半波损失.一、劈尖干涉夹角很小的两个平面所构成的薄膜棱边楔角平行单色光垂直照射空气劈尖上，上、下表面的反射光将产生干涉，厚度为e处，两相干光的光程差为三等厚干涉.干涉条件劈尖上厚度相同的地方，两相干光的光程差相同，对应一定k值的明或暗条纹。——等厚干涉棱边处，e=0,=/2，出现暗条纹有“半波损失”实心劈尖.空气劈尖任意相邻明条纹对应的厚度差：任意相邻明条纹(或暗条纹)之间的距离l为：在入射单色光一定时，劈尖的楔角愈小，则l愈大，干涉条纹愈疏；愈大，则l愈小，干涉条纹愈密。当用白光照射时，将看到由劈尖边缘逐渐分开的彩色直条纹。.劈尖干涉的应用--------干涉膨胀仪利用空气劈尖测定样品的平滑程度和热膨胀系数上平板玻璃向上平移/2的距离，上下表面的两反射光的光程差增加。劈尖各处的干涉条纹发生明暗明(或暗明暗)的变化。如果观察到某处干涉条纹移过了N条，即表明劈尖的上表面平移了N·/2的距离。.二、牛顿环空气薄层中，任一厚度e处上下表面反射光的干涉条件：.各级明、暗干涉条纹的半径：随着牛顿环半径的增大，条纹变得越来越密。e=0,两反射光的光程差=/2，为暗斑。.条纹特征:(1)属于等厚干涉，厚度e相同的地方对应同一级干涉条纹(2)条纹形状:一系列明暗相间的同心圆环(3)条纹级次分布:外侧级次高(4)条纹间隔分布：内疏外密.求：紫光的波长？解：根据明环半径公式：.测细小直径、厚度、微小变化测表面不平度检验透镜球表面质量.作业10-1010-1210-16.10-7迈克耳逊干涉仪时间相干性.一、迈克耳逊干涉仪光束2′和1′发生干涉若M1、M2平行等倾条纹若M1、M2有小夹角等厚条纹.干涉条纹的位置取决于光程差,只要光程差有微小的变化,干涉条纹就发生可鉴别的移动。平移M1（即改变‘’）由:=2d=k知：改变‘’这么长，就有一条明纹移动一条明纹移动明纹移动的数目NM2平移的距离...解：设空气的折射率为n相邻条纹或说条纹移动一条时，对应光程差的变化为一个波长，当观察到107.2条移过时，光程差的改变量满足：迈克耳逊干涉仪的两臂中便于插放待测样品，由条纹的变化测量有关参数。精度高。.原子发光是间歇性的，每个波列持续的时间二、时间相干性来自于原子辐射发光的时间有限，所以波列有一定的长度L。相干长度波列长度就是相干长度.恰好能相干的情形.波列长度L=c，其中为发光持续时间。称为相干时间。时间相干性由光源的性质决定。氦氖激光的时间相干性远比普通光源好。钠Na光，波长589.6nm，相干长度3.4~10-2m氦氖激光，波长632.8nm，相干长度40~102m.光总是包含一定波长范围，范围内每一个波长的光均匀形成各自的一套干涉条纹。对于谱线宽度为的单色光，干涉条纹消失的位置满足光的单色性.与该干涉级kc对应的光程差c，就是实现最大光程差光的单色性（即的宽度）决定了能产生清晰干涉条纹的最大光程差.几种常用光源的时间相干性光源中心波长波长范围相干长度L(m)Hg灯546150<6×10-686Kr灯60576057(低温)5.5×10-24.9×10-3<0.20.75He-Cd激光器44167×10-3<0.3Ar+激光器51459×10-2<0.03He-Ne激光器63286328（稳频）~10-5~10-7102~1034×104.作业10-2110-22.