大学物理A2光的干涉PPT

( 1nm 109 m 10 A)
与物质相互作用（感光、生理作用）的主要是
E矢量-光矢量。E 矢量的振动称为光振动。
振动方程： E E0 cos(t )
波动方程：
E
E0
cos[(t
x) u
]
3
第三章
光的干涉
（Interference of light）
4
一、光的基本常识及干涉基本概念
1. 光源（light source）
（A）干涉条纹的宽度将发生改变 （B）产生红色和蓝色的两套彩色干涉
条纹 （C）干涉条纹的亮度将发生改变 （D）不产生干涉条纹
j
i
光程差： ＝L2 -L1 =( nj xj )2 ( ni xi )1
干涉结果：
1
1
在 较小的情况下，当整个装置放置于折射率为 n
的介质中时：
n(r2
r1 )
nd
x D
明纹 k k 0,1, 2
k级明纹位置 x k D
nd
k 0,1, 2
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注意：① k 等于几，代表第几级明纹。 ② 零级明纹(中央明纹)由光程差=0决定。
光源的最基本发光单元是分子、原子。
能级跃迁辐射 E2 •
波列
= (E2-E1)/h
E1 •
波列长 L = c
5
(1). 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）
(2). 激光光源：受激辐射
•
E2
= (E2-E1) / h
•
E1
完全一样（传播方向，频率， 相位，振动方向）
明纹宽度 = 暗纹宽度 = 1 明纹间隔
2
(3) 不同频率的光，同一级条纹（k值相同），呈 现的位置不同，干涉条纹间距不同,紫光较密，
红光较稀。
21
（4）白光做实验,出现彩色条纹,零级条纹仍是白 色，两侧形成由紫而红的彩色条纹
22
红光入射的杨氏双缝干涉照片 白光入射的杨氏双缝干涉照片
23
例1 用白光光源进行双缝实验，若用一个 纯红色的滤光片遮盖一条缝，用一个 纯蓝色的滤光片遮盖另一条缝，则：
-
2
r2 )
2
P点: E E1 E2 E0 cos( t )
p r1
r2
E20
E0
振幅：E02 E120 E220 2E10 E20 cos 2
1E10
8
I E02 , 又 I1 E120，I2 E220
P点光强：I I1 I2 2 I1I2 cos
非相干光源： cos 0 I = I 1 + I 2 —非相干叠加
衬比度差 (V < 1)
衬比度好 (V = 1)
▲ 决定衬比度的因素：
振幅比，光源的单色性，光源的宽度
干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）。 15
8. 半波损失：
当光从光疏媒质（折射率较小）入射到光密媒质（折 射率较大）再反射回光疏媒质时，在反射点，反射光损失 半个波长。 （作光程差计算时，在原有光程差的基础上加或减半波长）
n1 n2 …… nm
……
d1 d2
dm
光程差 ：
S1
光程： L= nmdm 1
2P
S2
j
i
＝L2 -L1 =( nj xj )2 ( ni xi )1
1
1
11
讨论：
A. 如果同频率两束光，在不同媒质中经过相等的光程。 问： 几何路程等否？ 不等 经过时间等否？ 等 相位变化等否？ 等
(2k 1) (2k 1) , k 0,1,2…
2 I Imin I1 I2 2 I1I2
14
7. 条纹衬比度（对比度，反衬度）（contrast）
V Imax Imin Imax Imin
I I1 I2
Imax
I 4I1I1 I2
Imin
-4 -2 0 2 4
-4 -2 0 2 4
x
I
D
d >>λ，D >> d (d 10 -4m, D m)
路程差： r r2 r1 光程差： 根据两条光路上介质的实际情况，按
照光程差的公式计算。 ① 当整个装置放置于折射率为n的介质中时
光程差：
n(r2 r1 )
nd tg
n nd
d x
sin
D
18
② 当两条相干光经过多种不同介质时
干涉项
相位差：
20
10
2
(r2
r1 )
9
4. 光程、光程差
• 媒质中
d 2 n
n─媒质中波长
n
n
a· λn
n
b·
d
媒质
nd 2
─真空中波长
光程 : L=nd (光波在某一媒质中所经历的路程d与这媒质
的折射率n的乘积 )
将光在介质中通过的路程按照相位变化
相同折合到真空中的路程
10
（作位相差计算时，在原有相位差的基础上加或减）
9.普通光源获得相干光的途径
p
S*
·p
S*
薄膜
分波阵面法
分振幅法 16
二、杨氏双缝实验 （分波阵面干涉）
平面波
S1
S0
S2
球面波
二级暗纹 一级明纹 一级暗纹 中央明纹 一级暗纹 一级明纹 二级暗纹
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单色平行光入射
x
r1
· p x
d
r2
x o x0
6
2. 光的单色性
例:普通单色光
: 10-2 10 0 Å 激光 ：10-8 10-5 Å 可见光 103Å
7
3. 光的相干性
相干光：满足相干条件的几束光
相干条件：振动方向相同，频率相同,有恒定的相位差
相干光相遇时合成光的振动：
E1
E10
cos(t
10
-
2
r1 )
1
E2
E20
cos(t
20
B. 透镜的等光程性（透镜不产生附加光程差）
亮点
亮点
说明：从与光线垂直的面到焦点，各光线等光程。
12
5.相位差和光程差的关系：
=
20
10
2
2 (同一束光)
6.干涉的条件
▲相长干涉（明条纹）
2k k, k 0,1,2…
I Imax I1 I2 2 I1I2
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▲相消干涉（部分：
▲几何光学：以光的直线传播规律为基础， 主要研究各种成象光学仪器的理论。
▲波动光学：以光的电磁性质为基础, 研究光的传播规律，主要是干涉、衍射、偏振。
▲量子光学：以光的量子理论为基础， 研究光与物质相互作用的规律。
2
波动光学对光的描述
光是电磁波
400nm 760nm 可见光波长 4000A 7600A
暗纹 (2k 1) , k 1，2, 3
2
k级暗纹位置: x (2k 1) D
nd
k 1，2, 3
注意：k=1第一级暗纹, k=2第二级暗纹…. 无零级暗纹
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条纹特点：
⑴ 明暗相间的干涉条纹
相邻两明纹（或暗纹）间距：
x
xk 1
xk
D nd
Δx 1 d Δx D
Δx
（2）同一频率光，出现一系列平行等间距条纹.