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大学物理-12章：光的干涉
iD
n1
e
A
C n2 n1
B
n1
薄膜干涉
§4 分波面双光束干涉
一、杨氏双缝实验（1801）
装置： 稳定、明暗相间条纹
P
S1
Sd
r1
r2
y o
S2
D
物理分析：
d sin d tg yd
D
P
S1
d
r1
r2
y
o
S2 r2 r1
D
yd D
2k
2 (2k 1)
亮纹
暗纹
2
明、暗纹位置：
k 3, 2n1e / 3 368nm
讨论：
1 2k k 0,1, 2
I I1 I2 2 I1I2
if I1 I2 4I1
光的强度为最大值，干涉极大
I I1 I2 2 I1I2 cos
讨论：
2 (2k 1) k 0,1, 2
I I1 I2 2 I1I2
if I1 I2
0
光的强度为最小值，干涉极小
§3 两列单色波的干涉
2e
n22
n12
sin2
i
2
k
2ne 2 k
4ne 41.301.0107 5.20107
2k 1
2k 1
2k 1
k=1时： 5.20 107 m ----绿色光
k=2时： 1.733107 m
----紫外光，不可见
练习：一油轮漏油（n1=1.2）污染海面，在 海水（n2=1.3）表面形成一层薄油污。
随机变化
cos(2
1)
1
cos(2 1)dt 0
0
I I1 I2 非相干叠加加！
大学物理_光的干涉
d
x x r1 P · x r2 0
x0
x I
D
明纹 暗纹
D k , x k k , k 0,1,2 … d D ( 2k 1) , x( 2 k 1) ( 2k 1) 2 2d
D 条纹间距： x d
10
条纹特点： （1）一系列平行的明暗相间的条纹； （2） 不太大时条纹等间距； （3）中间级次低，两边级次高； r2 r1 （某条纹级次 = 该条纹相应的 之值） 明纹： k ，k =1，2…（整数级）
M1 反射镜
M2 M3
遥远星体相应的d0 几至十几米。
S1
S2 M4
迈克耳孙巧妙地用四块反 射镜增大了双缝的缝间距。
屏
屏上条纹消失时，M1M4
间的距离就是d0。 猎户座 星 nm （橙色），
迈克耳孙测星干涉仪
1920年12月测得： d0 3.07m 。 由此得到： 9 570 10 1.22 2 103 rad 0.047 33 d0 3.07
一. 光源（light source） 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
2
1. 普通光源：自发辐射
间歇：随机（相位、振动方向均随机）
· ·
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-E1) / h
I
合成光强
-1N 0M 0N 0L +1L
x
x
D x d
27
大学物理第22章 光的干涉
r2
相位差和光程差的关系：
2
8
例如:在S2P间插入折射率为n、厚度为d的媒质。求：光 由S1、 S2 到 P的相位差φ 。
2 2π φ δ λ
r d nd r
2 1
2 r2 r1 n 1d
r1 P · r2 d
第22章 光的干涉
§22.1 杨氏双缝干涉 §22.2 相干光 §22.5 光程 §22.6 薄膜干涉(一) —— 等厚干涉 §22.7 薄膜干涉(二) —— 等倾干涉 §22.8 迈克尔逊干涉仪 本章要点：理解掌握光的干涉条件、干涉实例 的分析及方法
1
§22.2 相干光
1.振动方向相同，频率相同的两列波的叠加
14 14
5.0 1014 ~ 5.4 1014 5.4 1014 ~ 6.1 1014 6.1 1014 ~ 6.4 1014
兰
紫
470~455
455~400
6.4 1014 ~ 6.6 1014
6.6 1014 ~ 7.5 1014
460
430
12
§22.1 杨氏双缝干涉
r暗 kR
1 r暗 R k ; 令k 1, 则r 随 k 间距 。 k 31
（2）牛顿环应用
•测量未知单色平行光的波长
已知第 k 级和第 m 级暗环直径 dk、dm
2
a 纹路深为： h 2L
L
h h
e
a L
27
ek ek+1
（2）测膜厚
A
B
Si O2
e e
n1 1
n2 1.57
大学物理实验光的干涉
大学物理实验光的干涉
目录
• 光的干涉概述 • 实验原理 • 实验步骤与操作 • 实验结果与分析 • 结论与总结
01 光的干涉概述
光的干涉现象
01
光的干涉是指两束或多束相干光 波在空间某些区域相遇叠加，形 成光强分布的周期性变化现象。
02
在干涉区域，光强增强或减弱， 形成明暗相间的干涉条纹。
干涉的形成条件
相干光源
干涉现象要求光源具有 相干性，即光源发出的 光波具有确定的相位关
系。
频率相同
参与干涉的两束光波的 频率必须相同。
振动方向相同
参与干涉的两束光波的 振动方向必须相同。
恒定的相位差
两束光波在相遇点必须 具有恒定的相位差。
干涉的应用
01
02
03
04
干涉测量
利用光的干涉现象测量长度、 厚度、表面粗糙度等物理量。
调整激光器
确保激光束垂直照射到双缝上 。
观察干涉图样
调整屏幕位置，观察到明暗交 替的干涉条纹。
测量条纹间距
使用测量尺测量相邻亮条纹或 暗条纹之间的距离。
薄膜干涉实验步骤
准备实验器材
包括单色光源、薄膜、屏幕和测量尺。
观察干涉图样
调整屏幕位置，观察到明暗交替的干涉图样。
调整光源和薄膜
确保单色光垂直照射到Байду номын сангаас膜上。
解释
干涉现象的产生是由于波的振动方向相同使得波峰与波峰或波谷与波谷叠加，使振幅增强 ；而振动方向相反时则会使振幅相互抵消。干涉现象是光的波动性质的重要体现之一。
应用
干涉现象在光学、声学、电子等领域有广泛应用，如光学干涉仪、声呐、电子显微镜等。
03 实验步骤与操作
目录
• 光的干涉概述 • 实验原理 • 实验步骤与操作 • 实验结果与分析 • 结论与总结
01 光的干涉概述
光的干涉现象
01
光的干涉是指两束或多束相干光 波在空间某些区域相遇叠加，形 成光强分布的周期性变化现象。
02
在干涉区域，光强增强或减弱， 形成明暗相间的干涉条纹。
干涉的形成条件
相干光源
干涉现象要求光源具有 相干性，即光源发出的 光波具有确定的相位关
系。
频率相同
参与干涉的两束光波的 频率必须相同。
振动方向相同
参与干涉的两束光波的 振动方向必须相同。
恒定的相位差
两束光波在相遇点必须 具有恒定的相位差。
干涉的应用
01
02
03
04
干涉测量
利用光的干涉现象测量长度、 厚度、表面粗糙度等物理量。
调整激光器
确保激光束垂直照射到双缝上 。
观察干涉图样
调整屏幕位置，观察到明暗交 替的干涉条纹。
测量条纹间距
使用测量尺测量相邻亮条纹或 暗条纹之间的距离。
薄膜干涉实验步骤
准备实验器材
包括单色光源、薄膜、屏幕和测量尺。
观察干涉图样
调整屏幕位置，观察到明暗交替的干涉图样。
调整光源和薄膜
确保单色光垂直照射到Байду номын сангаас膜上。
解释
干涉现象的产生是由于波的振动方向相同使得波峰与波峰或波谷与波谷叠加，使振幅增强 ；而振动方向相反时则会使振幅相互抵消。干涉现象是光的波动性质的重要体现之一。
应用
干涉现象在光学、声学、电子等领域有广泛应用，如光学干涉仪、声呐、电子显微镜等。
03 实验步骤与操作
大学物理演示(赵)(光干涉)
17.2、 杨氏双缝干涉实验 双镜 劳埃德镜
1. 杨氏双缝干涉实验
实验装置 分波阵面干涉 缝宽： 10-4 m 双缝距离 d: 0.1--3 mm
屏到双缝距离 D: 1--10 m
屏上横向观测范围: 1--10 cm
2、 杨氏干涉条纹
S1 和 S2 振动方向相同, 频率相同 相位相同
A
P点光强 I I1 I2 2 I1I2 cos 2I0 (1 cos )
2
n1 n2 n3
光线1有，光线2有 2n2e cos
n1 n2 n3
n1 n2 , n3 n2
光线1没有，光线2没有 2n2e cos
光线1没有，光线2有
2n2e cos
2
2n2e cos 0
Oi
f tgi P 屏幕 f
谱线的自然宽度 ν
波包 i()
λ 谱线宽度
λ0 λ
波列
L c ～ 1 ～109 s
ν
2.相干光的获得
S1
分波前法 S
分波面法 S2
cos 0
不满足相 干条件
满足相 干条件 先分 后合
P
S
分振幅法
薄膜
1
2
托马斯.扬 （Thomas.Yong ,1773—1829）。幼年 时就聪慧过人，尤其擅长语言，青年 时会10种语言。后来他攻读医学，但 对物理学也有很大的兴趣。在研究听 觉和视觉问题时。他注意到光的微粒 说和波动说的争论，尽管当时在学术 界占统治地位的是微粒说，但是他注 意到惠更斯的波动说的合理性，1801 年他完成了著名的杨氏双缝实验，验 证了光的波动性
光的干涉-精品文档
02
光的干涉条件
相干光条件
同一波源
01
干涉光必须来自同一波源，这样波源的相干性会影响干涉条纹
的质量。
频率相同
02
来自同一波源的光线必须具有相同的频率，否则它们将无法产
生干涉。
相位差恒定
03
来自同一波源的光线必须具有恒定的相位差，这意味着它们的
振动方向必须相同。
干涉条纹条件
稳定的干涉条纹
为了获得清晰的干涉条纹，需要 确保光线经过的路程差是恒定的 ，这意味着需要使用稳定的实验 装置和精确的控制光源。
相间的干涉条纹。
应用
分振幅干涉在光学实验、光学测 量等领域也有着广泛的应用，如 测量光学表面的形状、光学元件
的精度等。
迈克尔逊干涉仪
01
定义
迈克尔逊干涉仪是一种利用分振幅干涉原理测量光学表面形状和光学元
件精度的干涉仪。
02 03
原理
迈克尔逊干涉仪通过将一束光波分成两束相干光波，分别经过反射镜后 再次相遇，形成明暗相间的干涉条纹。通过测量干涉条纹的变化，可以 推算出光学表面的形状和光学元件的精度。
光线的平行性
为了使干涉条纹更加明显，需要确 保光线具有平行性，这可以通过使 用聚焦透镜或高亮度的光源来实现 。
03
光的干涉类型
分波面干涉
定义
应用
分波面干涉是指两束或多束相干光波 在空间某一点叠加时，形成明暗相间 的干涉条纹的现象。
分波面干涉在光学实验、光学测量等 领域有着广泛的应用，如测量光学表 面的形状、光学元件的精度等。
全息干涉实验
实验原理
全息干涉实验是一种利用全息技术实现的干涉实验，通过 将一束光分成两束相干光波，然后在全息底片上记录它们 之间的干涉图样。
基础物理学光的干涉(ppt)
（1） 2k
I 4I0 干涉极大；
（2） (2k1) I 0 干涉极小；
（3） 为其他值时，光强介于0 ~ 4I0之间。
7.1.2 光程差
S1
在折射率n介质中传播几 n1
何路程为r，相位变化为
2nr2L
n2
S2
r1
P
r2
L = nr 是光程。
S1和S2发出光束，在折射率为n1和n2媒质中
传播，在P点相遇。当初相相同时，相位差为
基础物理学光的干 涉(ppt)
2020/12/30
吉林大学 物理教学中心
7.1 光的相干性
7.1.1 光的干涉 相干条件
一、光矢量 可见光：400～760nm 光是电磁波，电场强度矢量 称E为光矢量。 产生感光和生理作用主要是电矢量。
二、光的干涉现象 满足条件若干束光波的相遇区域里，有些点
振动始终加强（亮条纹），有些点振动始终减弱 （暗条纹），称为干涉现象。
三、相干条件 相干条件1：只有平行振动分量间才能发生干涉。 相干条件2：频率相同光波之间才能发生干涉。
相干条件3：相位差恒定光波之间才能发生干涉。
四、相干强度
满足相干条件时，两相干光光强为
I I1 I2 2I1 I2c o sΔ (7 .1 )
相位差 Δ(12)2π(r1r2)
若 I1I2I0 I 2 I 0 (1 c o s ) 4 I 0 c o s 22 (7 .2 )
由透射光加强条件
2n2e
2
k
e
n2
4n2
=1.38 n3 =1.55
(2k 1)
注意：也可以利用反射减弱条件
照相 机镜 头是 蓝紫 色
(7 .1 2 )
大学物理光的干涉和衍射
2
2
R2
2d
2
(2k 1)
d2
d1
d r
O
R1
2 (k 0,1,2,)
2 2
r4 r4 k 4, 2d 4 R1 R2
R2 102.8 cm
例14 当把折射率为n=1.40的薄膜放入迈克耳孙干涉仪的一 臂时，如果产生了7.0条条纹的移动，求薄膜的厚度。（已知 钠光的波长为 = 589.3 nm） 解：
2(n 1)t k
k t 2(n 1)
7 589.3 109 m 5.154 6 m 2(1.4 1)
t
光的衍射
3.单缝的夫琅禾费衍射
以垂直入射为例
半波带法
2 2
2
9 2R(d e) Rλ( k) 2
(2)
d max 2
由明纹条件
2d
kmax
2 2 4.5 4
max
2k
得
λ 1 d k 2 3)条纹向外侧移动
d
A
B
例11. 在牛顿环装置中，如果平玻璃由冕牌玻璃（n1=1.50） 和火石玻璃（n2=1.75）组成，透镜由冕牌玻璃组成，而 透镜与平玻璃间充满二硫化碳（n3=1.62）。试说明在单 色光垂直入射时反射光的的干涉图样是怎样的？
2n2d
2
k
2n2d k 1 2
取 k = 1，2，3代入上式，分别得
1 4n2 d 1700 nm
4 2 n2 d 567 nm 3 4 3 n2 d 341 nm 5
红外线 黄光！ 紫外线
例7. 平面单色光垂直照射在厚度均匀的油膜上，油膜覆盖在玻 璃板上。所用光源波长可以连续变化，观察到500 nm与700 nm波长的光在反射中消失。油膜的折射率为1.30，玻璃折射 率为1.50，求油膜的厚度。
大学物理-第十一章光的干涉
x14 x 4 x1
d x14 D ( k 4 k1 )
d
( k 4 k1 ) λ
0 .2 7 .5 500nm 1000 3
(2)当λ =600nm 时,相邻两明纹间的距离为
D 1000 4 x 6 10 3.0mm d 0 .2
2 10 2 20
合光强
I I1 I 2 2 I1 I 2 cos( 2 1 )
若
其中 2 1 2 π
则
I1 I 2 I 0
干涉项
I 4 I 0 cos (π )
2
4 I 0 , k
0 , (2k 1) 2
s
s1
d o
θ
r1
θ
B
p
r2
x
o
s2
d ' d
r
d'
光程差
x r2 r1 d sin d d' x
d tan sin
实 验 装 置
s
s1
d o
θ
r1
θ
B
p
x
o
r2
s2
d ' d
r
d'
相长干涉（明） 2k π， 2 （k = 0,1,2…） x k 加强 d k 0,1,2, d' (2k 1) 减弱 2 d' k 明纹 k 0 , 1 , 2 , x d 'd k 1, 2, 暗纹
波动光学
光的干涉 光的衍射 光的偏振
光学研究光的传播以及它和物质相互作用。 通常分为以下三个部分：
《大学物理(上)》光的干涉
★ 结论：薄透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。
20
万物之美 科学之理
目录
第一节 光源 光波 光的相干性 第二节 光波的叠加 光程与光程差 第三节 分波阵面干涉 第四节 分振幅干涉 第五节 迈克尔逊干涉仪 第六节 迈克尔逊干涉仪
第三节 分波阵面干涉
杨氏双缝干涉实验
实验现象
s1
S
s2
明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置
42
第四节 分振幅干涉
43
第四节 分振幅干涉
练一练 观察 n=1.33 的薄油膜的反射光，它呈波长为 500nm 的绿光， 且这时法线和视线夹角 i=45o
求 （1）膜的最小厚度
i
（2）若垂直观察，此膜呈何种颜色
d
解 （1） 绿光干涉相长
数据代入（k=1）： （2） 垂直观察
深黄色
44
第四节 分振幅干涉
P
S1
r2 d
x
2
1
0
I
S2
D
1
x
2
25
第三节 分波阵面干涉
讨论
D、d 一定时， x 或 x
若用白光照射双缝，屏上中心明纹仍为白色，两侧对称分布各级紫内红 外的彩色条纹。更高级次的彩色条纹可能会发生重叠 。
0
1
2
3
0 1 23 4
中央明纹
3
2
1
0
1
2
3
26
第三节 分波阵面干涉 洛埃镜
M
S1 •
5
第一节 光源 光波 光的相干性
光波
1、颜色与光波
光色 波长(nm)
可
红
760~622
见
光 七
20
万物之美 科学之理
目录
第一节 光源 光波 光的相干性 第二节 光波的叠加 光程与光程差 第三节 分波阵面干涉 第四节 分振幅干涉 第五节 迈克尔逊干涉仪 第六节 迈克尔逊干涉仪
第三节 分波阵面干涉
杨氏双缝干涉实验
实验现象
s1
S
s2
明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置
42
第四节 分振幅干涉
43
第四节 分振幅干涉
练一练 观察 n=1.33 的薄油膜的反射光，它呈波长为 500nm 的绿光， 且这时法线和视线夹角 i=45o
求 （1）膜的最小厚度
i
（2）若垂直观察，此膜呈何种颜色
d
解 （1） 绿光干涉相长
数据代入（k=1）： （2） 垂直观察
深黄色
44
第四节 分振幅干涉
P
S1
r2 d
x
2
1
0
I
S2
D
1
x
2
25
第三节 分波阵面干涉
讨论
D、d 一定时， x 或 x
若用白光照射双缝，屏上中心明纹仍为白色，两侧对称分布各级紫内红 外的彩色条纹。更高级次的彩色条纹可能会发生重叠 。
0
1
2
3
0 1 23 4
中央明纹
3
2
1
0
1
2
3
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第三节 分波阵面干涉 洛埃镜
M
S1 •
5
第一节 光源 光波 光的相干性
光波
1、颜色与光波
光色 波长(nm)
可
红
760~622
见
光 七
光的干涉-PPT
光的干涉
薄膜干涉
让一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束 反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉．
点 击 画 面 观 看 动 画
光的干涉
薄膜干涉
1、在薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜 的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹（暗条纹）应 出现在膜的厚度相等的地方．由于光波波长极短，所以 微薄膜干涉时，介质膜应足够薄，才能观察到干涉条 纹．2、用手紧压两块玻璃板看到彩色条纹，阳光下的肥 皂泡和水面飘浮油膜出现彩色等都是薄膜干涉．
第1节 光的干涉
光到底是什么？……………
17世纪明确形成 了两大对立学说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
牛顿
19世纪初证明了 波动说的正确性
惠更斯
微粒说
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
波动说
这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”
光的干涉
干涉现象是波动独有的特征，如果光真的 是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．
光的干涉 光的干涉
1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829） 在实验室里成功的观察到了光的干涉．
双缝干涉
激
双
光
缝
束
屏上看到明暗相间的条纹 屏
光的干涉
S1 S2 d
双缝干涉
P2
P1
P
P
P1 P2
S1、S2
相干波源
P1S2－P1S1= d
光程差
P2S2－P2S1＞ d 距离屏幕的中心越远路程差越大
光的干涉
双缝干涉
1、两个独立的光源发出的光不是相干光，双缝干 涉的装置使一束光通过双缝后变为两束相干光，在光屏 上形成稳定的干涉条纹．
大学物理12光的干涉
第十二章 光的干涉
S1
Sd
S2
杨氏双缝实验
§12-1 光源 光的特性
2.分振幅法：利用光在两种介质分界面 上的反射光和透射光作为相干光
iD
n1
e
A
C n2 n1
B
n1
薄膜干涉
第十二章 光的干涉
§12-1 光源 光的特性
§12-2 双缝干涉
一、杨氏双缝实验 1.装置原理
S1
Sd
S2
第十二章 光的干涉
第十二章 光的干涉
§12-3 光程与光程差
三、反射光的相位突变和附加光程差
1、n1 n2 n3 或 n1 n2 n3 无附加光程差
12
i
n1
e
n2
n3
2、n1 n2 n3 或 n1 n2 n3 1’ 2’
有附加光程差 2
3、对于折射光，无任何相位突变
第十二章 光的干涉
§12-3 光程与光程差
§12-2 双缝干涉
2.干涉明暗条纹的位置
r1
S1
S d
r2
波程差
S2
r2 r1
D
P
x
0
r2
r1
d sin
d
tan
d
x D
第十二章 光的干涉
§12-2 双缝干涉
d
x D
k 极大
(2k 1) 极小
2
干涉明暗条纹的位置
d x
D
x
k
D
d
2k 1
D
2d
明纹 暗纹
其中 k 0, 1, 2, 3
实际中，i 0
2n2e '
明纹和暗纹条件
2n2e
S1
Sd
S2
杨氏双缝实验
§12-1 光源 光的特性
2.分振幅法：利用光在两种介质分界面 上的反射光和透射光作为相干光
iD
n1
e
A
C n2 n1
B
n1
薄膜干涉
第十二章 光的干涉
§12-1 光源 光的特性
§12-2 双缝干涉
一、杨氏双缝实验 1.装置原理
S1
Sd
S2
第十二章 光的干涉
第十二章 光的干涉
§12-3 光程与光程差
三、反射光的相位突变和附加光程差
1、n1 n2 n3 或 n1 n2 n3 无附加光程差
12
i
n1
e
n2
n3
2、n1 n2 n3 或 n1 n2 n3 1’ 2’
有附加光程差 2
3、对于折射光，无任何相位突变
第十二章 光的干涉
§12-3 光程与光程差
§12-2 双缝干涉
2.干涉明暗条纹的位置
r1
S1
S d
r2
波程差
S2
r2 r1
D
P
x
0
r2
r1
d sin
d
tan
d
x D
第十二章 光的干涉
§12-2 双缝干涉
d
x D
k 极大
(2k 1) 极小
2
干涉明暗条纹的位置
d x
D
x
k
D
d
2k 1
D
2d
明纹 暗纹
其中 k 0, 1, 2, 3
实际中，i 0
2n2e '
明纹和暗纹条件
2n2e
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干涉减弱、暗纹位置
两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。
xxk1xk
D
d
干涉条纹特点：
(1) 明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧；
(2) 相邻明条纹和相邻暗条纹等间距，与干涉级k无关；
D ,d恒定 x
若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。
k 3 k 1
k2
k 1 k 2 k 3
9-3 光程与光程差
干涉现象的条纹分布决定于两束相干光的位相差。
? 同一介质两光之间的几何路程差 不同介质
光在真空中的传播速度： c2.997921480m 58 1s
光在介质中的传播速度：v c
n
光在介质中的波长：n
v
c
n
n
光在媒质中传
播几何路程 r
位相改变
2 r 2nr n
独立(同一原子先后发的光)
两个独立的光源不可能成为一对相干光源
原因：原子发光是随机的，间歇性的，两列光波的振 动方向不可能一致，周相差不可能恒定。
两束光 不相干！
钠
光 灯A
钠 光
灯B
可见光频率范围：7.5×1014~ 3.9×1014赫 兹 真空中对应的波长范围：4000~ 7600Å 相应光色：紫、蓝、青、绿、黄、橙、红
S1 S 2
r1
n1
r2
n2
2 n r 222 n r 112 (n 2r2n 1r1)
光程 光在某一介质中所经历的几何路程r和这
介质的折射率n的乘积nr
光 程niri
均匀介质
nr c r ct v
光程可认为是在相同时间内， 光在真空中通过的路程。
S
r2 r1 d sin
S1
r1
d
S2
p
r2
x
o
d tg d x
D
D k ,
( 2k 1) ,
2
xk
k
D d
,
x ( 2k 1 )
( 2k
1) D d
2
k 0 ,1 ,2 …
k 0 ,1,2 ,
干涉加强、明纹位置
波 动 光 学
第九章 光的干涉
9-1 光源 光的相干性
一. 光源----能发射光波的物体
光源的最基本发光单元是分子、原子
能级跃迁辐射 E2
= (E2-E1)/h
E1
波列
波列长L = c
108秒
1. 普通光源： 射
自发辐 • 发光的间隙性
• 发光的随机性
热 光
· ·
源
独立(不同原子发的光)
分振幅的方法
利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅 较小的两束相干光
分波面法
p
S*
分振幅法
S*
·p
薄膜
9-2 杨氏双缝干涉实验
一、杨氏双缝实验 1、实验装置
空间相干性
S1 * S*
S2 *
1、实验装置
S1 * S*
S2 *
k=+2
k=+1
k= 0
I
k=-1 k=-2
2、杨氏干涉条纹
波程差：D >> d
单色光 具有单一频率的光 复色光 由各种频率组成的光
光波是电磁波。 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。
光强：在光学中，通常把平均能流密度 S 称为光强，
用 I 表示。
平面简谐电磁波： I E02
在波动光学中，主要讨论的是相对光强，因此在同一 介质中直接把光强定义为：
I 0
干涉相消
I
4 I 1 (两相干光源)
2 I 1 (两非相干光源) I 1 (一光源)
O
相干的条件： （1）频率相同
相
（2）振动方向相同
干
（3）具有固定的位相差 光
将光源上一发光点的光分成两束，各经历不同的 路径再会合迭加。
获得相干光的途径（方法）
分波阵面方法
从同一波阵面上的不同部分产生次级波相干
Aa
Bb
Cc
A、B、C 的位相
F 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。
解 AaF比BbF经过的几何路程长，但BbF在透镜 释 中经过的路程比AaF长，透镜折射率大于1，
IE02 A2
2. 激光光源：受激辐射
E2
= (E2-E1)/h
完全一样(频率,位相,振动方向,
E1 传播方向) 相干光源
二、光的相干性
两个频率相同的光源 振E 幅 10E20 光I1 强 I2
在P点相遇
E2E102E2022E10E20cos
两光在P点振 动的位相差
II1I22 I1I2cos
2(n2r2n1r1)
光程差 =(n2r2-n1r1)
2
两同相的相干光源发出的两相干光束，干涉条纹明暗
条件由光程差确定
k (2k1)2
k0,1,2 干涉加强 k0,1,2 干涉减弱
问题
不同光线通过透镜要改变传播方向， 会不会引起附加光程差？
束光单独照射的光强之和。
无干涉现象
相干迭加 II1I22I1I2co s P光点强位始相终差不恒变定。，
空间各处光强分布由干涉项 2 I1I2 cos决定
I1 I2 I 2 I1 (1 co)s 4 I1c2 o2s
2k
I 4I1
干涉相长
(2k1)
上明暗条纹中心对O点的偏离 x为：
x k D
明条纹中心的位置
d
k0,1,2
x2k1 D 暗条纹中心的位置
2d
2 洛埃镜实验
当屏幕 E 移至 E 处， E
从
S1
和
S 2
到
L
点
S1
的光程差为零，但
是观察到暗条纹，
d
验证了反射时有半
S2
波损失存在。
光栏
E
p
p'
Q'
M
L
Q
D
E
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光从光疏介质射向光密介质界面时，在掠射或正 射两种情况下，在反射过程中产生“半波损失”。
分子原子每次发光的时间级短，观察到的是在较
长时间内的平均值
I1 0
I1I2 2
I1I2 cosdt
I1I2 2
I1I2
1
c osd t
0
非相干迭加
在时间内，迭加处位相差“瞬息万变”
1
0
cosdt0
I I1I2
来自两个独立光源的两束光，迭加后的光强等于两
(3) D,d一定时，由条纹间距可算出单色光的波长
方法一： xd/(kD )
方法二： xd /D
二 分波前干涉的其它一些实验
光栏
1 菲涅耳双面镜实验：
S
W
实验装置： 虚光源 S 1 、S 2
M1
d S1
S2
C
M2
x
o
W'
S 1 S 2 平行于WW '
D
dD
屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕