物理学下第五版马文蔚复习PPT(精简版)光学1-干涉

1可见光的范围Hz103.4~105.7:nm760~400:14142.相干光满足相干条件振动方向相同频率相同有恒定的位相差2波阵面分割法*光源1s2s相干光的产生（一分为二）振幅分割法30S1S2S中央明纹暗纹暗纹一级明纹一级明纹暗纹暗纹平面波球面波11-2杨氏双缝干涉劳埃德镜42.明暗条纹的位置（真空中）：1S2SPO1r2rd12rrr2)1k2(k(0,1,2)kminmax光程差条件dDx(P点的坐标距O点很近）22222221(/2)(/2)rDxdrDxd222121212()()rrxdrrrrD2rr12xDdr5xDddrsin6(0,1,2)kDxd2)12(kkmaxkdDmin2)1k2(dDx10O点处x=0（k=0）是中央明纹（零级明纹）讨论:20‘’号表示中央明纹两侧对称地出现明(暗)纹.当k=1,k=2……时,分别称第一级明纹,第二级明纹……30相邻两条明（暗）纹的间距X=（Dd）条纹间距相等与级数无关，干涉图样是等间距明暗相间条纹。40Xdd，，x条纹越清晰。50Xk若白光入射，得彩色条纹分布。7P'P2S3.劳埃德镜明暗条纹的位置满足：12rr2)12(kkminmax0,1,2k2将屏移到B处，B点应是明纹.因为这时r2=r1.AB2r1r1SAB然而,实验观察到B点处是一暗纹,证实了半波损失的存在.8半波损失：进一步实验表明，光从折射率较小的介质入射到折射率较大的介质时，反射光的相位较之入射光的相位跃变了π。9例3.将一微波探测器放于湖边，探测器的位置在水面上方0.5m处,当一颗辐射21cm波长的射电星从地平线上缓慢升起时,探测器接收到的射电波强度将依次出现极大、极小，问当此探测器收到第一个极大时，该射电星处于水平面上方什么角度？2oPQh解：QPOPkhh22cossinsin2)2cos1(sinh2sin2sin2h2sin2h'2610500sin01210一光程cun'uc真空中的波长介质的折射率n'介质中的波长*1sP1r*2s2rn11-3光程薄膜干涉11*1sP1r*2s2rnn'介质中的波长212()rr故不能再用波程差计算相位差。212π()'rr212π()nrr相位差不仅与传播路程有关，还与介质的折射率有关。物理意义：光程就是光在媒质中通过的几何路程按波数相等折合到真空中的路程.1)光程:媒质折射率与光的几何路程之积=nrnrr'122）光程差(两光程之差)1122rnrnΔ光程差*1sP1r*2s2rn,2,1,0,kkΔ,2,1,0π2,kk干涉加强λ2πΔΔ相位差干涉减弱,2,1,0,2)12(kkΔ,2,1,0,π)12(kk1321()rxnxrmax(21)min2kk(0,1,2)k有介质时明暗条纹的位置取决于光程差,例如1S2S1r2rPxn图214FABo二透镜不引起附加的光程差'FAB焦平面费马原理：从垂直于平行光的任一平面算起，各平行光线到会聚点的光程相等（即透镜不附加光程差）。15P1n1n2n1M2MdL三薄膜干涉ADCDADnBCABnΔ1232)(cosdBCABiACADsinidsintan212sinsinnni212nniDC34E5A1B2162r2221sin2coscos22dΔnnd反射光的光程差rΔk明条纹),2,1(k2)12(k暗条纹),2,1,0(kP1n1n2n1M2MdLiDC34E5A1B212nn222212sin2dnni或17inndΔ22122tsin2透射光的光程差注意：透射光和反射光干涉具有互补性，符合能量守恒定律.当n2n1时2/sin222122inndΔ反P1n1n2n1M2MdLiDC34E5A1B212nn反射光加强的点，透射光正好减弱（光程差相差λ/2）18注意：10公式中各量的意义20‘max’中k0，10公式的适用条件(反射光):n1nn2，n1nn2n1nn2，n1nn2不加/2!显然，薄膜表面出现明暗相间的干涉条纹讨论：min2,1,0(2)12(max3,2,1(））kkkk公式中无“”号要加/2!P1n2niDiSdnABC22212sin/2Δdnni反19当光线垂直入射时0i222rdnΔ2r2dnΔ1n1n2n1n3n2n12nn当时123nnn当时2020若光垂直入射复色光垂直入射，在薄膜表面上：有的颜色亮，有的消失，或全亮或全暗，单色光垂直入射，在薄膜表面上：22nd2)12(kkmax),2,1(kmin)2,1,0(k没有干涉条纹。没有干涉条纹。2sin22212innd2)12(kkmax),2,1(kmin)2,1,0(k0i有无视情况而定，勿死记！21解(1)kdnΔ1r2,2,1,21kkdnnm11042,11dnknm552,21dnknm36832,31dnk例1一油轮漏出的油(折射率=1.20)污染了某海域,在海水(=1.30)表面形成一层薄薄的油污.(1)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?(2)如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层呈什么颜色?1n2n绿色22nm22082/112,11dnk(2)透射光的光程差2/21tdnΔnm4.3152/142,41dnknm7362/122,21dnk红光nm6.4412/132,31dnk紫光紫红色23例2.双缝一缝前若放一云母片，原中央明纹处被第7级明纹占据。已知：解：58.1n云nm550求：云母片厚度?l插入云母片条纹为何会移动？r2r17k1s2s光程差改变了。0级明纹移到那里去了？向上面移动条纹级数增高一级则光程差增大几个？一个。lnl7m6.6m106.6158.11055071n7l69光程差改变0k24例3.如图已知d、D、，若中央‘O’点为k=2级明纹，求（1）与之差1l2l212ll屏上明暗条纹的位置：sin12dllmin2)12(maxkk（2）零级明纹的位置：0sin20dkdDx2dDx2（3）插入薄片e条纹如何移动？若O点为k=-3级明纹，求n5ene3)(2ene处0sind2sin)(12dll15en25增透膜和增反膜增透膜层介质一般采用氟化镁MgF2，镀膜的效果可使单次反射光能量由4%降低到1%，透光率则由96%提高到99%。如航空照相机镀膜前：镀膜后：入入透III40.096.020入入透III80.099.020增透膜也称抗反射膜-------能使光学元件减少因反射而损失的光能，从而增加透射光强度的薄膜。26例4.在折射率为1.50的照相机玻璃镜头表面涂一层MgF2(n=1.38)这层膜应多厚？（黄绿光波长为5500A0）11n2FMg381n5012n假定光垂直入射min2,1,0k2)1k2(2nd2最薄的膜对应着k=0，此时01000381455004Andk取其它值亦可，但d不能太厚。解：使黄绿光透过，n1nn2“”怎么写？27例5.氦氖激光器谐振腔的反射镜,要求对波长=6328A0的单色光的反射率在99%以上，为此，反射镜采用在玻璃表面镀上的多层膜，求每层薄膜的实际厚度。（按最小厚度要求，光近似垂直入射）)381(),352(221nMgFnSZn1d2d)352(1nSZn)381(22nMgF3813521kdn22111k取0221146381463284)12(Ankd)2,1(k第二层——352381352)2,1(2222kkdn011673352463284)12(Ankd1k取解：第一层——11-4劈尖牛顿环物理学第五版281n1nnSMDTL劈尖角一、劈尖bd22ndΔ11-4劈尖牛顿环物理学第五版29,2,1,kk明纹,1,0,2)12(kk暗纹22ndΔΔ1n1nnd11-4劈尖牛顿环物理学第五版30Ln1nD劈尖干涉nn1dnk2)21(nk2（明纹）（暗纹）bb2/n讨论2Δ(1)棱边处0d为暗纹.11-4劈尖牛顿环物理学第五版31221niindd(2)相邻明纹（暗纹）间的厚度差LDbn2Ln1nDnn1bb2/n劈尖干涉11-4劈尖牛顿环物理学第五版32LnbLbDn22(3)条纹间距nb2Ln1nDnn1bb2/n劈尖干涉2LnDNb条纹数目2/2nnDD11-4劈尖牛顿环物理学第五版33(4)干涉条纹的移动nb22nDN11-4劈尖牛顿环物理学第五版34例1波长为680nm的平行光照射到L=12cm长的两块玻璃片上，两玻璃片的一边相互接触，另一边被厚度D=0.048mm的纸片隔开.试问在这12cm长度内会呈现多少条暗条纹？解,2,1,02)12(22kkd11-4劈尖牛顿环物理学第五版352141.2LDNlsin2sin2dLlD2d共有142条暗纹.ddkdk+1l11-4劈尖牛顿环物理学第五版36(2)测膜厚Sie1n2n2SiO(1)干涉膨胀仪0l劈尖干涉的应用12nNel2Nl11-4劈尖牛顿环物理学第五版37(3)检验光学元件表面的平整度例：劈尖底面有一凹槽，条纹形状如何？由于同一条纹下的空气薄膜厚度相同，当待测平面上出现沟槽时条纹向左弯曲。11-4劈尖牛顿环物理学第五版381nn1nLd空气1n(4)测细丝的直径22LdNnnbb11-4劈尖牛顿环物理学第五版39二、牛顿环由一块平板玻璃和一平凸透镜组成d22dΔ光程差11-4劈尖牛顿环物理学第五版40牛顿环实验装置牛顿环干涉图样显微镜SLRrdM半透半反镜T11-4劈尖牛顿环物理学第五版41RΔ),2,1(kk明纹),1,0()21(kk暗纹rd22dΔ光程差11-4劈尖牛顿环物理学第五版42R22222)(ddRdRRr222RddRddRRΔdRr)2(2rdRkr)21(kRr暗环半径明环半径11-4劈尖牛顿环物理学第五版43(1)中心点是暗点还是亮点？(2)属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？),2,1,0(k暗环半径明环半径),3,2,1(kRkr)21(kRr讨论愈往边缘，条纹愈密。()rk11-4劈尖牛顿环物理学第五版44(6)应用例子：可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等.工件标准件(3)复色光入射，彩色圆环.kRr(4)透射光与之互补(5)动态反应：连续增加薄膜的厚度,视场中条纹缩入,反之，冒出。11-4劈尖牛顿环物理学第五版45Rr测量透镜的曲率半径kRrk2Rmkrmk)(2mrrRkmk22r211-4