最新-大学物理-光的干涉-PPT文档资料

光学概述一.光的机械微粒学说(17世纪--18世纪末)代表：牛顿对立面：惠更斯--波动说分歧的焦点：光在水中的速度vv水空气vv水空气1850年佛科（Foucauld）测定vv水空气微粒说开始瓦解二.光的机械波动说(19世纪初--后半世纪)二.光的机械波动说（19世纪初--后半世纪）英国人托马斯.杨(T.Young)和法国人菲涅尔(A.T.Fresnel)通过干涉、衍射、偏振等实验证明了光的波动性及光的横波性。性质：弹性机械波，在机械以太中传播。三.光的电磁说（19世纪的后半期---）19世纪后半期Maxwell建立电磁理论，提出了光的电磁性，1887年赫兹用实验证实。性质：电磁波在电磁以太中传播四.光的量子说（20世纪初---）电磁波动说在解释“热幅射实验”及“光电效应”等实验遇到困难。1900年普朗克提出了“热幅射量子理论”，爱因斯坦提出了光子理论，将光看成一束粒子流与电磁波动说相抗衡二者各自统治着自已的领域。1924年法国人德布罗意（De.Broglie)大胆提出了“物质波”的概念，尔后薛定谔、海森伯等人创建了量子力学，又将二者统一起来。光是一个复杂的客体，它的本性只能通过它的表现来确定。它的某些方面象波而另一方面象微粒（波粒二象性）。但它既不是经典的波，也不是经典的微粒，也不是二者的混合体。“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”分类：1）几何光学--研究光的直线传播及光学仪器的制造；2）波动光学--研究光的波动性；3）量子光学--研究光与物质的相互作用。从20世纪50年代起，出现了“相干光学”、“纤维光学”、“全息光学与全息技术”….它是既年轻又古老的科学，也是现代技术的基础光学的发展仍可用“方兴未艾，前途无量”来形容复习波的干涉1.相干条件同频率、同振动方向、相位差恒定2.相长与相消干涉条件加强2k(21)k减弱第14章光的干涉14.1相干光及其获得14.2光程光程差14.3分割波面法产生的光的干涉14.4分割振幅法产生的光的干涉14.5迈克尔逊干涉仪*14.6干涉条纹的可见度时间相干性与空间相干性14.1相干光及其获得一.光矢量、光强度二.光源、热光源的特点三.光波的叠加相干叠加与非相干叠加四.相干光：同频率、同振动方向、相位差恒定五.相干光的获得1)分波阵面法2)分振幅法14.2光程光程差一.问题的提出二.光程三.干涉加强与干涉减弱的条件四.透镜的等光程性在光路中引入透镜不产生附加的光程差k明(1,2,)k2k明(21)k暗(21)2k暗iinr14.3分割波面法产生的光的干涉一.杨氏双缝干涉明暗纹位置二.菲涅尔双面镜三.洛埃镜实验1S2S1r2rxPOD2a0,1,22(21)1,2,(4DkkaxDkka(明)暗)/(2)xDa干涉条纹的间距例1：双缝干涉中，双缝间距d=0.5mm，双缝至屏的距离为D=25cm，若光源是由波长为400nm和600nm的两种单色光组成，则：1.干涉条纹间距分别为多少？2.距中央明纹多远处两种光线的亮纹第一次重合，各为第几级？Dxd解：1.2.第一次重合121kk2211kk例2：双缝干涉中，入射光波长为，双缝至屏的距离为D，在一缝后放一厚为b的透明薄膜，此时中央明纹处仍为明纹，求该明纹的干涉级(1)nkbnbb解：(1)nbkS1S2dDXOPx1r2rnbO例3：在杨氏双缝实验中，当作如下调节时，观察屏上的干涉条纹将如何变化并说明理由1).2a不变，D减小；2).单色光源S变成复色缝光源；3).用一云母片盖住任一个缝；4).整个双缝实验装置放入水中2Dxa2Dxka明复习：14-1，2，3预习：14-4作业：练习十二例3：在杨氏双缝实验中，当作如下调节时，观察屏上的干涉条纹将如何变化并说明理由1).2a不变，D减小；2).单色光源S变成复色缝光源；3).用一云母片盖住任一个缝；4).整个双缝实验装置放入水中2Dxa2Dxka明1S2S1r2rxPOD2a第14章光的干涉14.1相干光及其获得14.2光程光程差14.3分割波面法产生的光的干涉14.4分割振幅法产生的光的干涉14.5迈克尔逊干涉仪*14.6干涉条纹的可见度时间相干性与空间相干性14.1相干光及其获得一.光矢量、光强度二.光源、热光源的特点三.光波的叠加相干叠加与非相干叠加四.相干光：同频率、同振动方向、相位差恒定五.相干光的获得1)分波阵面法2)分振幅法14.2光程光程差一.问题的提出二.光程三.干涉加强与干涉减弱的条件四.透镜的等光程性在光路中引入透镜不产生附加的光程差k明(1,2,)k2k明(21)k暗(21)2k暗iinr14.3分割波面法产生的光的干涉一.杨氏双缝干涉二.菲涅尔双面镜三.洛埃镜实验1S2S1r2rxPOD2a0,1,22(21)1,2,34DkkaxDkka（明）（暗）/(2)xDa明暗纹位置干涉条纹的间距§14-4分割振幅法产生的光的干涉一.薄膜干涉P1n1n2n1M2MeLiDC34E5A1B212nn22cos2en222212sin2enni§14-4分割振幅法产生的光的干涉一.薄膜干涉（最典型）讨论：222212sin2enni()=(21)()2kk明暗1.i恒定，则()e等倾干涉等厚干涉2.e恒定，则()i1,2,3,...k问题：k能取0吗？§14-4分割振幅法产生的光的干涉一.薄膜干涉（最典型）二.等厚干涉222212sin2enni()=(21)()2kk明暗1.劈尖干涉设每一干涉条纹对应的薄膜厚度分别为：123..keeee222en(21)2kk{=1.2.3.k明纹暗纹……(1)1n1.劈尖干涉sin0ike1kel如条纹间距离为l由明纹公式：kkeel1sin…(2))1(2221knek…(4)knek222…(3){212neekk…(5)(4)式-(3)式:代入（2）：22sinlnke1kellA）劈尖的等厚干涉条纹是等间距的结论：B）劈尖的棱角越小，条纹间距越宽C）,l光波波长越长，条纹间距越大劈尖干涉的应用：22sinln被检体被检体被检体被检体1)检查平面与直角：被检体被检体标准角规标准角规2）测量微小厚度和微小厚度变化1)检查平面与直角：22sinlndlsindtgLLdLtg用测微显微镜测出L、l，即可得到d纸n2=12LlsinL2）测量微小厚度和微小厚度变化薄膜厚度增加时，条纹下移，厚度减小时条纹上移。薄膜的增加时，条纹下移，减小时条纹上移。显然，从视场中移动了m个条纹，薄膜厚度改变了：2em2）测量微小厚度和微小厚度变化§14-4分割振幅法产生的光的干涉一.薄膜干涉（最典型）二.等厚干涉222212sin2enni()=(21)()2kk明暗1.劈尖干涉122kkeen2=2sinln条纹为平行于棱边明暗相间等间隔的直条纹，棱边处(e=0)为暗纹2.增透与增反问题：组合透镜中，反射光能损失20％左右解决办法：在透镜表面镀膜e11.0n21.38n31.50n增反：220,1nekk增透(减反)：22(21)0,12nekk可由此波长推出要镀膜的厚度？思考：计算光程差时，什么情况下要加上23.牛顿环A--曲率半径很大的凸透镜1)装置：B--平面光学玻璃AB干涉图样：半反射镜显微镜r随着r的增加而变密！krRORO’2)定量分析ke垂直入射时的干涉条件22=(21)22kenk22=2kenk2=2kek明纹…(1)2=(21)/22kek暗纹…(2)krn=1中，n2=1krORO’kekrn=12=2kek明纹…(1)2=(21)/22kek暗纹…(2)222=()kkrRRe2=2Rekke22Rekke22kkreRkr(21)2kRkR1.2.3.k0.1.2.3.k明环暗环代入（1）、（2）式：3)讨论：①r=0的地方，是零级暗纹；②条纹不是等间距的，越外越小1(1)kkrrkRkR1((1))kkRkr(21)2kRkR1.2.3.k0.1.2.3.k明环暗环③kr白光入射时将出现由紫到红的彩色条纹kr(21)2kRkR1.2.3.k0.1.2.3.k明环暗环3)讨论：①r=0的地方，是零级暗纹；②条纹不是等间距的，越外越小④中间填充介质，仍有一条光线有半波损失n4)应用：1）测量光波长；2）检查平面玻璃是否平坦，凹透镜的曲率是否付合要求被检体被检体被检体被检体标准透镜例1.牛顿环的R＝4.5m，第k级暗环半径第k+5级暗环半径4.950,krmm56.065,krmm求：入射光波长及条纹级数k=?例2.将平面玻璃片覆在平凹柱面透镜的凹面上1)若单色平行光垂直照射，从反射光中观察现象，试说明干涉条纹的形状及其分布情况；1500nm2)当照射光波长A时，平凹透镜中央A处是暗的，然后连续改变照射光波波长直到波长变为2600nm时，A处又重新变暗，求A处平面玻璃片和柱面之间空气隙的高度复习：14-4预习：14-5，*6作业：练习十三第14章光的干涉14.1相干光及其获得14.2光程光程差14.3分割波面法产生的光的干涉14.4分割振幅法产生的光的干涉14.5迈克尔逊干涉仪*14.6干涉条纹的可见度时间相干性与空间相干性相干光的获得1.分波阵面法杨氏双缝干涉2.分振幅法222212sin2enni()=(21)()2kk明暗反射，n2最大或最小时i恒定，()e等厚干涉等倾干涉e恒定，()i等厚干涉1.劈尖干涉122kkeen2=2sinln条纹为平行于棱边明暗相间等间隔的直条纹，棱边处(e=0)为暗纹2.增透与增反增反：220,1nekk增透(减反)：22(21)0,12nekk3.牛顿环kr(21)2kRkR1.2.3.k0.1.2.3.k明环暗环③kr白光入射时将出现由紫到红的彩色条纹①r=0的地方，是零级暗纹；②条纹不是等间距的，越外越小④中间填充介质，仍有一条光线有半波损失n4)应用：1）测量光波长；2）检查平面玻璃是否平坦，凹透镜的曲率是否付合要求被检体被检体被检体被检体标准透镜例1.牛顿环的R＝4.5m，第k级暗环半径第k+5级暗环半径4.950,krmm56.065,krmm求：入射光波长及条纹级数k=?2255kkrrR22255kkkrkrr例2.将平面玻璃片覆在平凹柱面透镜的凹面上1)若单色平行光垂直照射，从反射光中观察现象，试说明干涉条纹的形状及其分布情况；1500nm2)当照射光波长A时，平凹透镜中央A处是暗的，然后连续改变照射光波波长直到波长变为2600nm时，A处又重新变暗，求A处平面玻璃片和柱面之间空气隙的高度例3.在一洁净的玻璃片上放一滴油，当油滴展开成油膜时，在=600nm的单色光垂直照射下，从反射光中观察到油膜所形成的干涉条纹，若n油=1.2,n玻=1.5,求：1)当油膜中的最高点与玻璃上表面相距H=1200nm时，试描述所观察到的条纹特征2)油膜扩展时，条纹如何变化？14-5迈克尔逊干涉仪一.构造及光路图S透镜半涂银镜补偿透镜反射镜眼或望远镜M1M2G1G2LEM’1光源二.干涉原理ESM1M2G1G2L2/2nl()=(21)()2kk明暗当M2移动半个波长时光程差