6.2 分波前干涉 光程
光的干涉-分波前干涉和分振幅干涉
b
单色光
i
薄膜不同厚度处对应不同干涉条纹
a
--等厚干涉
n
C
B
A
e
特例1：
劈尖干涉
n
2ne cos / 2
n=1
ห้องสมุดไป่ตู้
介质劈尖
空气劈尖
考察入射光为单色平行光垂直入射情况: 介质劈尖 空气劈尖
Δ 2ne
2 Δ 2e 2
1.同一厚度d 对应同一级条纹，条纹平行于棱. 2. 棱边处，为暗纹
2ne k 1 2
n 1.40
油膜
水
当k = 1时，干涉加强的波长为
当k = 2时，干涉加强的波长为 = 0.590 m
2 140 . 0.316 m 177 . m 0.5
当k = 3时，干涉加强的波长为 = 0.354 m
可见，只有=0.590m的光处于可见光范围，是黄光，所以油膜呈黄色。
同一入射角，对应同一干涉条纹 不同入射角，对应不同条纹
--等倾干涉
等倾干涉： 屏
透镜
i
薄膜
i
i
i
i
e
相同倾角的入射光所形成的反射光，处于同一级干涉条纹上
i' i
i i
i'
i'
不同入射角的光线对应着不同干涉级的条纹
2. 等厚干涉
2ne cos / 2
入射角i 一定(平行光入射)，随薄膜厚度e 变化
k 0, 1, 2,
2.条纹间距
（1）增大双缝间距、波长、双缝与屏的距离，条纹间距变化情况 （2）白光照射时的条纹特点：中间白色，两侧彩色，且同一级条纹 从中央往两侧为紫--红。
16 第十六次课、球面波干涉和分波面双光束干涉详解
k=k0n
(26)
d2
k0为真空中波数，n为媒质折射率。
S2
E1
E10 d1
exp[
j(k0nd1
t
10 )]
-l/2 (25a')
z
O
d1
S1
l/2 x
E2
E20 d2
exp[
j(k0nd2
t
20 )]
(25b')
通常把nd1和nd2分别称为P到S1和S2之间的光程，分别用L1和L2来表示。
n(d2 d1)
n
x
l 2 2
y2
z2
x
l 2
2
y2
z2
(30)
Δ与 nl 十分接近
y2
z2
l 2
2
2n
2
x02 2 2n
第十六次课、球面波干涉和分波面 双光束干涉 内容
一、球面波干涉 二、杨氏干涉 三、杨氏干涉的改良——菲涅耳型干涉 四、瑞利干涉仪
1
一、两束球面波的干涉
内容
1、概述 2、光程和光程差 3、干涉场的分析
(1)、等强度面与等光程差面 (2)、干涉级、极值强度面和局部空间频率 4、二维观察屏面上干涉条纹的性质 (1)、观察屏沿着y轴并垂直于y轴放置 (2)、观察屏沿着x轴并垂直于x轴放置
(L2 L1) (29)
n(d2 d1)
光的干涉与光程差的关系
光的干涉与光程差的关系光的干涉是指当两束或多束光波相遇时，由于它们的相位差引起干涉现象。
光程差是指两束光波在空间传播过程中所走过的距离差。
光的干涉与光程差之间存在着紧密的关系，本文将探讨这一关系的原理和应用。
一、光程差的定义及计算方法光程差是指两束光波在传播过程中所走过的距离差。
当光波经过透明介质传播时，光速会发生改变，从而导致光程差的产生。
光程差可以分为几何光程差和光学光程差两种。
1. 几何光程差几何光程差是指在不考虑介质折射率的情况下，两束光波所走过的实际距离差。
计算几何光程差只需考虑两束光波的传播路径及其相对位置，不需要考虑介质的光学性质。
2. 光学光程差光学光程差是考虑了介质折射率的情况下，两束光波所走过的距离差。
光学光程差的计算需要考虑介质的折射率以及两束光波的入射角度。
二、光的干涉现象及其原理光的干涉是一种波动现象，当两束或多束光波相遇时，它们会发生干涉现象。
干涉可以分为两种类型：构造干涉和破坏干涉。
1. 构造干涉构造干涉是指两束或多束光波相遇后，各个波峰和波谷相互叠加，形成明暗相间的干涉条纹。
构造干涉的条件是相干光源和一定的光程差。
2. 破坏干涉破坏干涉是指两束或多束光波相遇后，互相干涉产生的干涉条纹消失或减弱。
破坏干涉常见的原因是光源不相干或光程差超过一定范围。
三、光的干涉与光程差密切相关，可以通过调整光程差来观察和控制干涉现象。
光程差的改变将直接影响干涉条纹的形态和位置。
1. 干涉条纹的位置和光程差在干涉条纹中，某一亮区对应的光程差与相邻暗区对应的光程差之间的差值为波长的整数倍，即Δd = mλ (m为整数)。
通过测量干涉条纹的位置变化，可以推断出光程差的大小。
2. 光程差的控制光程差可以通过以下方法进行控制和调节：a. 使用不同厚度的透明介质，改变光波传播的路径长度，从而改变光程差的大小。
b. 利用光学器件如透镜、棱镜等，通过调整入射角度或光线的传播方向，改变光程差的大小和方向。
光的干涉 知识点总结
第二章 光的干涉 知识点总结2.1.1光的干涉现象两束(或多束)光在相遇的区域内产生相干叠加,各点的光强不同于各光波单独作用所产生的光强之和,形成稳定的明暗交替或彩色条纹的现象,称为光的干涉现象。
2.1.2干涉原理注：波的叠加原理和独立性原理成立于线性介质中,本书主要讨论的就是线性介质中的情况. (1)光波的独立传播原理当两列波或多列波在同一波场中传播时，每一列波的传播方式都不因其他波的存在而受到影响，每列波仍然保持原有的特性（频率、波长、振动方向、传播方向等） (2)光波的叠加原理在两列或多列波的交叠区域，波场中某点的振动等于各个波单独存在时在该点所产生振动之和。
波叠加例子用到的数学技巧： （1） A +iB =√A 2+B 2(A √A 2+B2+i B √A 2+B 2)=A t e iφt（2）eiφ1=ei[(φ12+φ22)+(φ12−φ22)] eiφ1=ei[(φ12+φ22)−(φ12−φ22)]注:叠加结果为光波复振幅的矢量和，而非强度和。
分为相干叠加(叠加场的光强不等于参与叠加的波的强度和)和非相干叠加(叠加场的光强等于参与叠加的波的强度和). 2.1.3波叠加的相干条件干涉项：相干条件：（干涉项不为零）（为了获得稳定的叠加分布） （为了使干涉场强不随时间变化） 2.1.4 干涉场的衬比度1.两束平行光的干涉场（学会推导） （1）两束平行光的干涉场 干涉场强分布：21ωω=10200⋅≠E E 2010ϕϕ-=常数()()212121212()()()2=+⋅+=++⋅I r E E E E I r I r E E 12102012201021212010212{cos()()()cos()()()}⋅=⋅+⋅++-++-⋅+---E E E E k k r t k k r t ϕϕωωϕϕωω()()()*12121212,(,)(,)(,)(,)2cos =++=++∆I x y U x y U x y U x y U x y I I I I ϕ亮度最大值处：∆φ=2mπ亮度最小值处：∆φ=(2m +1)π 条纹间距公式∆x =λsin θ1+sin θ2空间频率：ƒ=1∆x ⁄（2）定义衬比度以参与相干叠加的两个光场参数表示：衬比度的物理意义 1.光强起伏2.相干度2.2分波前干涉2.2.1普通光源实现相干叠加的方法 (1)普通光源特性• 发光断续性 • 相位无序性• 各点源发光的独立性根源：微观上持续发光时间τ0有限。
光的干涉知识点
光的干涉是光学中的一个重要现象，它描述了两个或多个光波在空间中相遇时相互叠加，形成新的光强分布的现象。
以下是一些关于光的干涉的基本知识点：
1. 相干性：要产生光的干涉现象，入射到同一区域的光波必须满足相干条件，即它们的振动方向一致、频率相同（或频率差恒定），且相位差稳定或可预测。
2. 分波前干涉与分振幅干涉：
- 分波前干涉：如杨氏双缝干涉实验，光源通过两个非常接近的小缝隙后，产生的两个子波源发出的光波在空间某点相遇，由于路程差引起相位差，从而形成明暗相间的干涉条纹。
- 分振幅干涉：例如薄膜干涉，光在通过厚度不均匀的薄膜前后两次反射形成的两束相干光相遇干涉，也会形成明暗相间的干涉条纹。
3. 相长干涉与相消干涉：
- 相长干涉：当两束相干光波在同一点的相位差为整数倍的波长时，它们的振幅相加，合振幅最大，对应的地方会出现亮纹（强度最大）。
- 相消干涉：当两束相干光波在同一点的相位差为半整数
倍的波长时，它们的振幅互相抵消，合振幅最小，对应的地方会出现暗纹（强度几乎为零）。
4. 迈克尔逊干涉仪：是一种精密测量光程差和进行精密干涉测量的重要仪器，可以观察到极其微小的变化所引起的干涉条纹移动。
5. 等厚干涉与等倾干涉：菲涅耳双棱镜干涉属于等倾干涉，而牛顿环实验则属于等厚干涉。
6. 全息照相：利用光的干涉原理记录物体光波的全部信息，包括振幅和相位，能够再现立体图像，是干涉技术的重要应用之一。
以上只是光的干涉部分基础知识，其理论和应用广泛深入于物理学、光学工程、计量学、激光技术等领域。
《分波前干涉》课件 (2)
分波前干涉在实际应用中的应用
本节将介绍分波前干涉在光学图像处理、医学成像和材料表面检测等领域中的实际应用。
光学图像处理
利用分波前干涉的原理，对光 学图像进行处理和增强，提高 图像的质量和清晰度。
医学成像
利用分波前干涉技术，改善医 学成像的分辨率和对比度，提 高诊断的准确性。
材料表面检测
通过应用分波前干涉，实现对 材料表面缺陷和纹理的高精度 检测和分析。
学习目的及准备工作
通过学习分波前干涉，您将了解它在光学图 像处理、医学成像和材料表面检测中的实际 应用。
原理讲解
本节将详细介绍分波前干涉的原理、光路差的计算、空间相干性与分波前干涉以及光程差调制。 • 分波前干涉原理介绍 • 光路差的计算 • 空间相干性与分波前干涉 • 光程差调制
分波结分波前干涉的优缺点，并探讨它未来的发展和应用前景。
1 分波前干涉的优缺点
分波前干涉可以提供高分辨率、高灵敏度的测量结果，但也存在一些技术挑战和限制。
2 对分波前干涉的展望
随着技术的不断发展，分波前干涉将在更广泛的领域中得到应用，并有望实现更高级别 的精确测量。
参考文献
在这一节中，我们将提供相关的期刊论文、会议论文及专利文献，便于您进 一步学习分波前干涉的相关内容。
《分波前干涉》PPT课件 (2)
欢迎来到《分波前干涉》PPT课件！在本次课件中，我们将介绍分波前干涉 的原理、实验配置以及在实际应用中的应用。让我们一起来探索这个令人着 迷的光学现象。
引言
在这一部分中，我们将介绍分波前干涉的概述，以及学习和准备工作的目的。
分波前干涉概述
分波前干涉是一种基于光的相干性的现象， 它可以产生干涉图案来分析光的特性。
在这一节中，我们将详细讲解配置光学实验装置、选择适合的光源以及调节分波前干涉仪器的步骤。
分波前干涉
§3.3 分波前干涉
（1）条纹(中心)的位置
δ
= ϕ2
− ϕ1
−
2π λ
(r2
− r1)
2 I1I2 cosδ
现已有 亮纹:
ϕ 2- ϕ 1=0 δ = ±2kπ (k = 0,1,2,)
（相长干涉） 或波程差 ∆L = r2 − r1 = ±kλ
在θ 较小的情况下
∆L ≈ d sinθ ≈ d tanθ = d x = ±kλ
D
∴ x = ±k Dλ
k = ∆L/λ 称为干涉的级次。
d
∴ x = ±k Dλ
d 亮纹中心的位置和级次：
k = 0, x0 = 0称0级中央亮纹
Dλ
k = 1, x±1 = ± d 称 ± 1级亮纹
k
=
2,
x±2
=
±
2Dλ
d
称 ±, 干涉条纹的级次也越大.
2 I1I2 cosδ
§3.3 分波前干涉
(2) 条纹间距 相邻两亮纹(或暗纹)之间的距离都是
∆x = Dλ
d
♦可以测光波的波长 ♦对非单色光源, 有色散现象:
白光入射时，0级亮纹为白色 （可用来定0级位置）；
其余级亮纹 构成彩带, 第二级亮纹就会出现重叠（为什么？）
§3.3 分波前干涉 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
§3.3 分波前干涉
§3.3 分波前干涉
暗纹：（相消干涉）
∆L ≈ d sinθ ≈ d tanθ
= d x = ±(2k −1) λ (k = 1,2,3,)
D
2
暗纹中心的位置和级次：
→ x = ±(2k − 1) Dλ
高二物理竞赛分波前干涉装置和光场的空间相干性课件
4）白光光源的干涉条纹特征 干涉条纹是垂直X轴的直线条纹
1．实现干涉的基本方法 干涉条纹为垂直X轴的直线条纹
由于掠入射时的半波损， 点处是暗条纹。
1．实现干涉的基本方法 3．几种具体干涉装置的条纹特征
零级条纹为白光条纹，
设点光源移动 后，零级条纹由 点移至 点。
其余级次条纹彼此错开，呈现彩色条纹带。
S 干涉条纹是垂直X轴的直线条纹 2
图样非相干迭加的反衬度逐渐下降。 2．分波前装置的干涉特点
M
B
M2
C
P
2．分波前装置的干涉特点 1．实现干涉的基本方法 5、光源宽度对干涉条纹的影响
2 ，d B ，D B C
由于掠入射时的半波损， 点处是暗条纹。
求零级条纹移动的距离？
x D (B C) ，是垂直X轴的直线条纹
L (R2 r2 ) (R1 r1) 0 ，r2 r1 R1 R2
得：d D
x0
d R
s
，即：x0
D s
R
4）注意：（1）光源沿Y方向平移时，条纹
级次的X方向位置不变动。 （2）双面境等干涉装置的关
系式与上式不同。
5、光源宽度对干涉条纹的影响
1）光源在Y方向展宽时反衬度不变
2）光源在X方向展宽时反衬度下降
第三章 干涉装置和光场的时空相干性
§1 分波前干涉装置和 光场的空间相干性
1．实现干涉的基本方法 1）分波前法 2）分振幅法
2．分波前装置的干涉特点
分波前干涉装置示意图
1)光强度：
I I1 I 2 2 I1I 2 cos (P)
2)相位差
1(P)
2
0
(P)
2
1 (
分波前双光束干涉实验
分波前双光束干涉实验观察双光束干涉现象，通常的办法是将同一波列分解为二，使他们经过不同的途径后重新相遇。
由于这样得到的两个波列是由同一波列分解而来，他们频率相同，相位差稳定，震动方向也可作到基本上平行，从而可以产生稳定的干涉场。
分解波列的方法通常有分波前和和分振幅两种方法，其中分波前方法是通过光具将光源波前分成两部分，使之分别通过两个光具组，经衍射、反射或折射后交叠起来，在一定区域内产生干涉场，经典的杨氏双缝实验就属于这类分波前干涉装置，分波前干涉装置有多种类型，其中利用切开的透镜可以组成多种对切透镜装置观察双光束干涉，此外劳埃德镜装置和菲涅耳双棱镜也是典型的分波前干涉装置。
在本实验中我们主要讨论典型的分波前干涉装置包括比列(Billet)对切透镜和梅斯林(Maslin)对切透镜两种利用对切透镜实现双光束干涉的实验装置，此外还有利用劳埃德镜装置和菲涅耳双棱镜实现双光束干涉。
1.待研究问题：(1)比列对切透镜双光束干涉现象有什么特点，如何观察。
(2)梅斯林对切透镜干涉现象有什么特点，如何观察。
(3)如何利用劳埃德镜装置观察双光束干涉现象。
(4)如何利用菲涅耳双棱镜装置观察双光束干涉现象。
2实验原理2.1比列(Billet)对切透镜实验比列对切透镜一般是将焦距为f的透镜中间宽度为a的部分切去，如图1所示将余下的两部分粘和后所构成。
图1 比列对切透镜组成粘合的比列对切透镜分波前双光束干涉可分为会聚光的干涉和发散光的干涉两种情形进行分析。
如图2所示，点光源S 位于透镜物方焦点以外的粘合透镜中心线上距离中心o 点距离为L ，根据透镜成像基本原理，该点光源将在透镜像方成实像,且由于上下两部分光心错开，因此点光源s 经过该粘合透镜将如图2所示得到两个实像S 1和S 2。
这样点光源发出的球面波将会由该粘合透镜分成两束光分别会聚与S 1与S 2。
在透镜后方如图2所示阴影区内则可以观察到两光束干涉现象。
根据图1所示粘合透镜的结构可知，粘合透镜上半部分的光心是在粘合透镜中心点O 下方a/2处的O 2，同理下半部分的光心是O 点上方a/2处的O 1，若原透镜焦距为f ，则可以通过透镜成像原理计算得到实像S 1S 2距离d 满足：f L aL-=d (1)根据两点光源的干涉原理，和粘合透镜成像情况，在阴影区域内光屏上的干涉条纹应为双曲线型，在傍轴情况下近似为平行直条纹，若光屏距离透镜距离为D 则根据(1)式及两点光源干涉基本原理可得条纹间距为：λ⋅+-=∆aLDf DL fL x (2)图2 比列对切透镜会聚球面波干涉比列对切粘合透镜干涉情况的典型光路是在对切透镜的中心线上物方焦平面上放置一点光源S ，如图3所示，由S 点发出的球面波经透镜上下两部分分割，分波前折射后变成夹角为θ的两束平行光，他们叠加后在斜线所示的区域内将产生干涉。
高三物理光学知识点干涉
高三物理光学知识点干涉在高三物理学习中，光学是一个重要的知识点。
其中，干涉是光学中的一个关键概念。
干涉现象指的是两个或多个光波相互叠加时所产生的干涉图样。
下面将从干涉的基本原理、干涉的分类以及干涉的应用三个方面对高三物理光学知识点干涉进行详细阐述。
一、干涉的基本原理干涉现象的产生基于光的波动性质。
光波在传播过程中会遵循波动理论，表现出波长、频率和波速等特性。
干涉的基本原理可以概括为以下几点：1. 波前：光波在传播过程中，波的前沿称为波前。
波前可以是平面波、球面波或其他形状的波。
2. 波程差：由于光波传播过程中受到的干扰，不同波前的到达时间存在差异，这个差异称为波程差。
3. 波源：干涉现象需要至少两个或多个波源，这些波源通过波形、幅度和相位等方面的差异来影响干涉的结果。
4. 叠加原理：当两个波几乎同时到达时，它们会相互叠加。
如果两个波处于同相位（相位差为整数倍的2π），则会发生增强；如果两个波处于反相位（相位差为奇数倍的π），则会发生消除。
5. 波幅和光强：在干涉现象中，波幅和光强是两个重要的物理量。
波幅表示波的振幅大小，光强表示光的强度大小。
二、干涉的分类根据波源的不同，干涉现象可以分为两类：自然光干涉和分波前干涉。
1. 自然光干涉：自然光是由多个不同频率、不同相位的光波组成。
当自然光经过光学元件后，产生的干涉称为自然光干涉。
自然光干涉的例子包括薄膜干涉和牛顿环干涉等。
2. 分波前干涉：在分波前干涉中，光波是通过一个波片或其他光学元件进行分波，然后再进行干涉。
分波前干涉的例子包括杨氏双缝干涉和劈尖干涉等。
三、干涉的应用干涉现象在现实生活和科学研究中有着广泛的应用。
1. 干涉仪器：基于干涉的原理，人们发明了很多利用干涉现象测量长度、精确定位以及分析材料特性的仪器。
如激光测距仪、干涉显微镜等。
2. 光纤通信：光纤通信是一种重要的通信方式，其基本原理是利用光的全内反射和干涉现象来传输信息信号。
光纤通信技术的发展使得信息传输更快速、稳定和长距离。
分波前干涉实验的现代应用及原理
分波前干涉实验的现代应用及原理分波前干涉实验是一种光学实验，它在现代科学研究中有着广泛的应用。
分波前干涉实验通过将光波分成两条或多条不同的路径，然后再将它们重新合并，利用不同路径上的光波相位差来观察干涉现象，从而研究光的性质和光与物质的相互作用。
分波前干涉实验的原理基于光的波动性质。
光是一种电磁波，它可以通过传播的方式将能量传递出去。
当光波遇到障碍物或介质边界时，会发生折射、反射、散射等现象，这些现象都会导致光波的传播路径发生变化。
分波前干涉实验利用光波的干涉现象来研究光的传播路径和相位变化。
在分波前干涉实验中，首先需要将光波分成两条或多条不同的路径。
这可以通过使用光学元件如分光镜、反射镜、透镜等来实现。
分波前干涉实验中常用的元件是分光镜，它可以将入射的光波分成两条不同的路径。
然后，光波在不同的路径上传播，经过一系列的反射、折射、透射等过程，最后再将两条路径上的光波重新合并。
在光波重新合并的过程中，光波的相位差会产生干涉现象。
相位差是指两条光波在某一点的相位差异，它可以由光波的传播路径长度差、折射率差等因素引起。
当两条光波的相位差满足一定条件时，它们将发生干涉现象。
干涉现象可以表现为明暗条纹或彩色条纹的形式，这取决于光波的相位差和干涉条件。
分波前干涉实验在现代科学研究中有着广泛的应用。
首先，它可以用来研究光的波动性质。
通过观察干涉现象，可以确定光波的波长、频率、相速度等特性。
其次，分波前干涉实验可以用来测量光学元件的性能。
例如，通过测量光波的相位差，可以计算出光学元件的折射率、厚度等参数。
此外，分波前干涉实验还可以用来研究光与物质的相互作用。
例如，在光学材料的研究中，可以通过分波前干涉实验来分析光波在材料中的传播和反射特性，从而研究材料的光学性质。
除了光学领域，分波前干涉实验还在其他领域中得到应用。
例如，在粒子物理学中，分波前干涉实验可以用来研究粒子的波动性质和相互作用。
在声学领域，分波前干涉实验可以用来研究声波的传播和干涉现象。
分波前干涉PPT课件
半波损失
*当光从折射率小的光疏介质，正入射或掠入射于折射率 大的光密介质时，则反射光有半波损失。
*当光从折射率大的光密介质，正入射于折射率小的光疏介质 时，反射光没有半波损失。
*折射光没有相位突变
没有半波损失
有
半 波
n
1
反射波 n1 n2
n
2
反射波
损 失
n2
折射波
n
1
折射波 n1 n2
五、干涉条纹的可见度与光源的宽度和单色性
例:在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光 光源，其波长范围为x=100nm，平均波长为490nm.试 估算从第几级开始,条纹变得无法分辨?
解 设该蓝绿光的波长范围为l1～l2,则按题意有
l2 l1 l 100nm,
1 2
(l2
l1 )
l
490nm
对应于l1l,杨氏干涉条纹中第k级明纹的位置分别为
原子发射的光，其波列长度是有限的 ，光谱线都有一定宽度，不是严格的 I0/2 单色光钠光灯发出的黄色光不是单色 光。氦-氖激光器发出的光也不是严 格的单色光。
l
l
Δλ
波列越长，谱线宽度越窄， 光的单色性越好。
Δλ
谱线宽度
相干光
先对光波做一描述：
光波是矢量 E 和 H 在空间的传播。
E
实验证明光波中参与与物
4.思考：
（1）要条纹变宽，可采取什么措施？ x=Dld
（2）用白光照射双缝, 在 S1和 S2 用一滤光片,则结果将 如何？在 S1和 S2 分别用不同滤光片，则结果又如何？ （3）用单色光照射双缝, 在S1或 S2 前放一透明介质片 （如云母）,则结果将如何？
此时中央 明纹下移
6.分波前干涉
杨氏干涉纵截面图
S1
r1
S
r2
S2
单
缝 双缝
屏
先看单色光入射
X r1
I r2
单
缝双
缝
屏
一般用双缝代替双孔
几何关系
明、暗条纹位置
明条纹 暗条纹 条纹间距
光强分布曲线
杨氏双缝干涉的定量分析图
n=1 D d
S1
r1
r
r2
d
C
S2
D
XX P
x
I O
2级明纹
2级暗纹 1级明纹 1级暗纹 0级明纹 -1级暗纹
XLeabharlann 高x D干 涉
d
级
谱线宽度
的I 条
I0 I 2 1
纹 看
I0/2
不 清
1 2 干涉级高的
了
条纹重叠
最大相干光程差
最短波长的m+1级极大，和最长波长的m级极 大重合时，则第m和m+1条彩色亮带间没有暗 条纹
m
LM
m
2
干涉条纹的移动
x Ds
l
用杨氏装置测厚
m (n 1)t
菲涅尔双面镜
S r
M1
M1 M2为夹角为
平面反射镜
S2
M2
可以证明：
d 2r sin D L r cos
L
x D
d
菲涅尔双棱镜
洛埃镜
A
S1
F
E
S2
平面反射镜
B
d x
D2
k （明纹） (2k 1) / 2 （暗纹）
S1
此处总为暗F纹，
说明光也产生
高二物理竞赛课件：分波前干涉 (1)
3. 假如用白光照射狭缝s，干涉花样是各种颜色 的彩条。波长越短，条纹间距越小，所以最靠近 水平线o的亮条纹应呈紫色，而红光的第一级亮条 纹与水平线o的距离，与其它色光的第一级亮条纹 相比为最大。而中央亮条纹仍呈白色。
杨氏干涉可用于测量波长，也是光的波动性 的实验依据。
7
例 1: 在杨氏实验中，双缝间距为0.45 mm，使用波长 为540 nm的光观测。(1) 要使光屏C上条纹间距为1.2 mm，光屏应离双缝多远？(2) 若用折射率为1.5、厚度 为9.0 m的薄玻璃片遮盖狭缝S2，光屏上干涉条纹将 发生什么变化？
2
一、杨氏实验 1. 实验装置
S1 S
S2
用普通单色光源(如钠光灯)照射小孔s， s就成为点 光源，发射球面波。在s之后的对称位置上安放另 外两个小孔s1和s2，它们一般是处于同一平面上， 这个平面就成了由s发出的球面波的波前。由s1和 s2发出的光则是从同一波前上分离出来的两部分，
无疑是相干的，它们在空间相遇将发生干涉现象 。
将此式代入亮暗纹条件得
D
亮纹中心位置
暗纹中心位置
5
根据以上计算结果有以下三个结论：
1.屏C上出现的干涉条纹是以点o所对应的水平线
为对称，沿上下两侧亮暗交替，等距离地排列。 相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心的距离都是
D/2a 。
2.与o所对应的水平线，处于x=0，一定是亮 条纹的中心，这条亮条纹称为中央亮条纹。
分波前干涉
杨氏双缝干涉实验是利用分波前法获得相干 光的。
杨氏就是托马斯·杨，曾是一位英国的天才。
人们对托马斯·杨的评价是：他是一个将科学 和艺术并列研究、对生活充满热望的天才，我 们几乎可以这样说：他生命中的每一天都没有 虚度。曾被誉为“世界上最后一个什么都知道 的人”。
《分波前干涉》课件
分波前干涉的优点
高分辨率
抗干扰能力强
分波前干涉利用干涉原理，可以对被测物 体进行高分辨率的成像，有助于获取物体 表面的微小细节。
由于干涉现象对环境噪声的干扰具有一定 的抑制作用，因此分波前干涉在复杂环境 下也能获得较为准确的测量结果。
可测量透明和反射物体
非接触测量
分波前干涉不仅可以测量反射物体，还可 以对透明物体进行测量，扩大了应用范围 。
光学研究
分波前干涉实验装置可用 于研究光学中的干涉现象 ，如薄膜干涉、光栅干涉 等。
物理教学
分波前干涉实验装置可用 于大学物理教学，帮助学 生理解干涉现象和原理。
03 分波前干涉的应用
测量光束的相干长度
相干长度是描述光束相干性的一 个重要参数，它决定了光束的相
干范围。
分波前干涉技术可以通过测量干 涉条纹的变化来计算光束的相干 长度，从而了解光束的相干特性
02 分波前干涉的实验装置
分波前干涉实验装置的组成
分束器
将激光分成两束或多束，形成 相干光束。
干涉仪
用于产生干涉现象，通常由多 个反射镜和分束器组成。
激光器
用于产生高相干性的光源，为 干涉实验提供单色性好的光源 。
反射镜
用于改变光束的方向，使光束 在空间中相遇。
探测器
用于探测干涉现象，记录干涉 条纹。
分波前干涉采用非接触测量方式，不会对 被测物体造成损伤，适合测量易碎、易变 形的物体。
分波前干涉的缺点
对光源要求高
分波前干涉需要使用相干性较好的激 光光源，成本较高，且光源的稳定性 对测量结果影响较大。
测量环境要求高
为了避免外界干扰对测量结果的影响 ，分波前干涉需要在较为封闭、安静 的环境中进行。
光波的干涉-文档资料111页
0
2(2kk21)2
干涉加强 (k0,1,2)
干涉减弱
条纹间距关系式
条纹光强
* 条纹间距与波长成正比 x
若用复色光源（白光），则干涉条纹是彩色的。
k 0
干涉级次
越高重叠
k 3
k 1
k2
k 1
k 3
k 2
越容易发
光强分布规律：
若 I1=I2=I0
例
空气劈尖
条纹间距
动画演示
平面检验
条纹平动
A
A
P
P
P′ B
d B
01 23 4
01 2345 67
动画演示
动画演示
平面检验
例
4.0mm
3.0mm
牛顿环
球面质检
例
牛顿环
640 nm 4.80 mm
6.40 mm
4.00 m
第五节
迈克耳孙干涉仪
续上
等倾和等厚光路
等厚移级
25
劳埃德镜实验
Байду номын сангаас 例
例
例
例
例
第四节
分振幅干涉
平行膜
光程差公式
例
例
例3
应用举例
防反射膜
高反射膜
斜入射
等倾干涉条纹
等倾干涉条纹
P 透镜
k k´ O
焦平面 f
光源 S λ i´ i i
薄膜
玻璃片
i´
n2 e
非平行膜等厚干涉
垂直入射
平面劈尖
常见劈尖
劈尖光程差
相邻条纹间距
第五篇
光的干涉
本章内容
分波前干涉
S2
M2
双面镜的干涉
13
杨氏双缝花样
双棱镜花样
劳埃镜花样
14
杨氏干涉条纹是等间距的，相邻亮（或暗）条纹间距都为
若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。
D
2a
k 3 k 1
k 2
k 1 k 2k 3
杨氏干涉可用于测量波长，是光的波动性的实验依据。
*二、对干涉条纹可见度的分析
干涉项 cos 2 /
P点亮条纹条件 2 Δ 2k
即
Δ 2k
k 0, 1, 2,
2
S
S1
a a
r1
p
r2
x
o
P点暗条纹条件 2 Δ (2k 1)
S2
D
即 Δ (2k 1) ,k 0,1, 2,
2
1
用x表示亮暗条纹位置，由图知
kc ( )
2 18
可见度不为零的光程差的 上限，是波列长度l0，于是
l0
c
0
2
这表示，波列长度l0与光源波长范围成反比，光源
的单色性越好，波长范围就越小，波列就越长，光
场的时间相干性就越好。
例 1: 在杨氏实验中，双缝间距为0.45 mm，使用波长为540 nm 的光观测。(1) 要使光屏C上条纹间距为1.2 mm，光屏应离双缝 多远？(2) 若用折射率为1.5、厚度为9.0 m的薄玻璃片遮盖狭
2b
Δ (R2 R1) (r2 r1)
S
由于a、b远小于R，所以
R1
S1
a
R2 a
R S2
B
r1 r2
D
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所以，各级明条纹中心的位置为: l yk k 0、 1、 2、 d 各级暗条纹中心的位置为:
l y ( 2k 1) d k 0、 1、 2、
杨氏实验干涉条纹的特点:
①对一定波长的单色光来说，相邻明条纹(或
l 暗条纹)的间距相等，均: y yk 1 yk d
根据波动理论，有: 2k 2 2k 1
k 2k 1 2
k 0、 1、 2 干涉加强 k 0、 1、 2 干涉减弱
k 0、 1、 2 干涉加强 k 0、 1、 2 干涉减弱
②用白光作入射光，屏幕上只有中央明条纹
是白色的，两侧将出现各级彩色明纹。
双镜
P
M1
s
L
s1
d
s2
C
M2
l
P
P
劳 埃 德 镜
s1
d
s2MLl Nhomakorabea半波损失----光从光速较大的介质射向光速 较小的介质时反射光的相位较之入射光的相位 跃变了，相当于反射光与入射光之间附加了半 个波长的波程差，称为半波损失。
S
S1 1
S2
1
1
P
O
在只有一个点光源时，如果干涉装置中两 条光路的光程差过大，会使干涉条纹模糊甚至 消失----时间相干性。 产生的原因是: 原子、分子发光的断续性 光波波列的长度: l vt0 相干长度
如果在光的传播方向上放置一个凸(凹)透镜， 则光穿过透镜之后，任意两条光波的光程差不变， 既透镜虽然改变光波的光程，但是并不引起附加 的光程差。
2、空间和时间的相干性
S1
S2
P
O
A
S
B
A、B两点到S1、S2的光程差不同，它们产生
的干涉条纹相互错开，使条纹变模糊----空间相 干性问题
2 1
1
例题:以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双 缝与屏幕的垂直距离为1m。 (1)从第一级明纹到 同侧的第四级明纹的距离为7.5mm，求单色光的 波长；(2)若入射光的波长为600nm，求相临两明 纹间的距离。 解: (1)根据双缝干涉明纹的条件可得: l l l
x1 d 、x4 4 d x x4 x1 3 d
500nm
(2)根据双缝干涉明暗纹条件可得：
l x xk 1 xk 3mm d
二、光程 空间和时间相干性 1、光程 定义:光在媒质中通过的几何路程r与该媒质 折射率n的乘积nr定义为光程，即:nr = 光程。 若一束光经过不同媒质，有: 光程 ni ri r nr i 2 由光程的定义有: 2 n 由上式可知，在不同媒质中的两束光的光程 相同时，其相位的变化也相同。 (为真空中的波长) 。 所以: 2
一、杨氏双缝干涉
S1
S
S2
S
S1
r1
d S2
r2
p y
O
l
如图，由S1、S2发出的光波到达点P处的波程 差为: r2 r1 d sin dtg yd l
根据波干涉极大条件可知:
k 0、 1、 2 干涉加强 k yd l 2k 1 2 k 0、 1、 2 干涉减弱