大学物理-光的干涉.ppt
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1、 18-1 光波的一般知识 光波的叠加 一、光是一种电磁波 1.光的波动方程 光波中参与与物质相互作用(感光作用、生理 作用)的是 E 矢量,称为光矢量。 E 矢量的振动称为光振动。 可见光频率范围 可见光波长范围 可见光颜色对照 2.光速、光的波长和频率 真空中光速 介质中光速 介质的折射率 光在介质中的波长 光在介质中的波长是它在真空中波长的n分之一。 二、光源 光源的最基本发光单元是分子、原子 = (E2-E1)/h E1 E2 能级跃迁辐射 普通光源(热光源和冷光源): 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 1
2、、光源的发光机理 2. 相干光源 能产生振动方向相同、频率相同、相位相同或者相 位差保持恒定的光的两个光源是相干光源。 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 3.获得相干光源的方法 三. 光波的叠加 两频率相同,光矢量方向相同的 光源在p点相遇 1、光的非相干叠加 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、光的相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后 位相差恒定,有干涉现象 若 干涉相长 干涉相消 两相干光束 两非相干光束 一个光源 四、光程和光程差 1.光程 光程差 光程表示在
3、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 光在真空中的波长 若两相干光源不是同位相的 两相干光源同位相,干涉条件 2.透镜不引起附加光程差 A、B、C 的位相 相同,在F点会聚 ,互相加强 A、B、C 各点到F点的光程都相等。 AaF比BbF经过的几何路程长,但BbF在透镜中经 过的路程比AaF长,透镜折射率大于1,折算成光 程, AaF的光程与BbF的光程相等。 使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。 18-2 分波前干涉 一、杨氏双缝干涉 S1 S2 S* * * 1.双缝干涉条纹的位置 D d 光程差: 干涉加强 明
4、纹位置 干涉减弱 暗纹位置 (1)条纹分布 明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧。 (2)条纹间隔 相邻明条纹和相邻暗条纹等间距,与干涉级k无关。 2.双缝干涉条纹的特点 方法一: 方法二: D,d一定时,由条纹间距可算出单色光的波长。 (4) 若用复色光源,则干涉条纹是彩色的。 (3)若将整个装置放于折射率为n的介质中 二、其他分波阵面干涉装置 1、菲涅耳双面镜 虚光源 、 平行于 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 光栏 2 洛埃镜 光栏 当屏幕 E 移至E处,从 S1和 S2 到 L点的 光程差为零,但是
5、观察到暗条纹,验证了反射 时有半波损失存在。 问:原来的零级条纹向上还是向下移?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 扩展光源照射下的薄膜干涉 a1a2 a 在一均匀透明介质n1中 放入上下表
6、面平行,厚度 为e 的均匀介质 n2(n1) ,用扩展光源照射薄膜, 其 反射和透射光如图所示 18-3 薄膜干涉 光线a2与光线 a1的光程差为: 半波损失 由折射定律和几何关系可得出: a1a2 a 干涉条件 薄膜 aa1 a2n1 n2 n3 不论入射光的的入射角如何 额外程差的确定 满足n1n3(或n1 n2 n2n3(或n1 n2 n3) 不存在额外程差 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。 二、薄膜干涉的应用 增透膜与增反膜 1.增透膜 增加透射率的薄膜。 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。 2.增反膜 增
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