03-3-第3章-光的干涉-波动与光学-大学物理-海南大学
大学物理中的波动光学光的衍射和干涉现象
大学物理中的波动光学光的衍射和干涉现象大学物理中的波动光学：光的衍射和干涉现象波动光学是大学物理中的一门重要课程，研究光的传播与干涉、衍射、偏振等现象。
其中，光的衍射和干涉是波动光学中的两个重要现象。
本文将对光的衍射和干涉进行详细讨论和解析，并探讨其在实际应用中的重要性。
一、光的衍射现象光的衍射是指光通过狭缝或障碍物后的传播过程中，光波的干涉和折射产生的现象。
当光波通过一个狭缝时，光波会在狭缝的边缘发生弯曲，进而产生波动的干涉效应。
这个过程称为光的衍射。
光的衍射现象在日常生活中有各种各样的应用。
例如，CD、DVD 和蓝光碟等光盘的读写原理就是基于光的衍射现象。
光的衍射也被广泛应用于显微镜、望远镜和天文学的观测中，使我们能够更清晰地观察微观和宇宙中的远处物体。
二、光的干涉现象光的干涉是指两个或多个光波相互叠加产生干涉的现象。
当两束或多束光波相遇时，它们会发生叠加干涉现象，形成交替出现明暗的干涉条纹。
这种现象称为光的干涉。
光的干涉现象在很多实验中都有应用。
例如，杨氏双缝干涉实验就是利用光的干涉现象来观察和研究波的性质。
干涉技术还被广泛应用于光学测量、图像处理和激光干涉等领域。
干涉技术的应用使得我们可以实现高精度测量、光栅分析和光学干涉计等。
三、衍射与干涉的区别与联系尽管光的衍射和干涉是两个不同的现象，但它们之间有着紧密的联系。
首先，光的衍射和干涉都是由于光波的波动性质而产生的。
其次，它们都是波动光学中干涉和折射效应的体现。
不同之处在于，光的干涉是多个光波相互叠加产生的干涉现象，而光的衍射是光通过狭缝或障碍物后的波动干涉和弯曲现象。
此外，光的干涉通常需要明确的相位差和干涉构成条件，而光的衍射则更多地受到波长、狭缝尺寸和物体形状的影响。
无论是光的衍射还是干涉，在物理学的研究和实际应用中都起着重要的作用。
无论是在光学器件设计、成像技术还是光学测量中，都需要充分理解和应用这些光学现象。
同时，通过对光的干涉和衍射的研究，我们可以更深入地了解光与物质相互作用、光的传播特性和波动性质等问题，有助于推动光学科学和技术的发展。
大学物理中的波动光学光的干涉和衍射现象
大学物理中的波动光学光的干涉和衍射现象大学物理中的波动光学：光的干涉和衍射现象波动光学是物理学中的一个重要分支，主要研究光的传播与相互作用的波动性质。
在这个领域中，光的干涉和衍射现象是两个关键概念。
本文将以大学物理的角度，对波动光学中的干涉和衍射进行探讨。
1. 干涉现象干涉是指两个或多个光波相遇时所产生的明暗相间的干涉条纹现象。
它的基本原理是光波的叠加效应。
当两束光波相遇时，会发生干涉现象。
根据相位差的不同，干涉可分为相干干涉和非相干干涉两种。
1.1 相干干涉相干干涉指的是两束或多束光波的相位和振幅有固定的关系，使得它们在相遇的区域内能够产生稳定而有规律的干涉图样。
在相干干涉中，常见的一种情况是等厚干涉。
比如，当光线通过一个厚度均匀的平行光学板时，会因光速在介质中的改变而引起相位差，从而产生干涉现象。
1.2 非相干干涉非相干干涉指的是两束或多束光波的相位关系不稳定，在相遇的位置不会产生规律可辨的干涉图样。
光源的宽度、时间相干性以及光的偏振状态等因素都会影响非相干干涉。
2. 衍射现象衍射是指当光通过具有一定尺寸障碍物的缝孔或物体边缘时，光的传播方向发生偏离并产生干涉条纹的现象。
衍射实验是研究光的波动性质的重要手段之一。
著名的夫琅禾费衍射实验就是其中之一。
夫琅禾费衍射实验中，光通过狭缝后发生衍射，产生干涉条纹。
2.1 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射是狭缝衍射的一种特殊情况，在物理学中具有重要的研究价值。
当一束平行光波通过一个非常窄的缝隙时，光会弯曲和发散，产生强弱交替的干涉条纹。
这里的交替现象是因为光的波动性质叠加所致。
夫琅禾费衍射给我们提供了研究光的波动特性的重要线索，对于理解光的传播和干涉现象有着重要的意义。
2.2 衍射光栅衍射不仅限于狭缝，还可以通过光栅来实现。
光栅是一种由有规则的孔或条带构成的光学元件，可以用于衍射实验。
由于光栅具有多个凹槽（或条带），光通过光栅后会发生衍射，产生出多个明暗相间的衍射条纹。
波动光学的知识点总结
波动光学的知识点总结波动光学的研究内容主要包括以下几个方面：1. 光的波动性质光是一种电磁波，它具有波长和频率，具有幅度和相位的概念。
光的波长和频率决定了光的颜色和能量，波长短的光具有较高的能量，频率高的光具有较大的能量。
光的波动性质使得光能够在空间中传播，并且能够在介质中发生折射、反射等现象。
2. 光的干涉干涉是光波相遇时互相干涉的现象。
干涉是波动光学中一种重要的现象，它包括两种类型：相干干涉和非相干干涉。
相干干涉是指来自同一光源的两条光线之间的干涉，而非相干干涉是指来自不同光源的两条光线之间的干涉。
在干涉实验中，通常会通过双缝干涉、薄膜干涉等实验来观察干涉现象。
3. 光的衍射衍射是光波通过狭缝或者物体边缘时发生偏离直线传播的现象。
光的衍射是波动光学中的重要现象，它可以解释光通过小孔成像、光的散斑等现象。
在衍射实验中，通过单缝衍射、双缝衍射、菲涅尔衍射等实验可以观察衍射现象。
4. 光的偏振偏振是光波中振动方向的特性，偏振光是指光波中只沿特定振动方向传播的光波。
光的偏振是光波的重要特征之一，它可以通过偏振片、偏振器等光学元件来实现。
在偏振实验中，可以通过偏振片的转动、双折射现象等来观察偏振现象。
5. 光的成像成像是光学系统中的一个重要问题，它涉及到光的传播规律和光的反射、折射等现象。
通过成像实验，可以研究光的成像规律、成像质量和成像系统的性能等问题。
光的成像是波动光学中的一个重要研究方向，它主要包括光的成像原理、成像系统的构造和成像参数的计算等内容。
综上所述，波动光学是物理学中一个重要的分支，它研究光的波动性质和光的传播规律。
波动光学的研究内容包括光的波动性质、光的干涉、衍射、偏振和光的成像等内容。
通过波动光学的研究，可以深入了解光的波动性质和光的传播规律，为光学系统的设计与应用提供理论基础。
大学物理波动光学课件
麦克斯韦电磁理论：19 世纪中叶，英国物理学 家麦克斯韦建立了电磁 理论，揭示了光是一种 电磁波，为波动光学提 供了更加深入的理论根 据。
在这些重要人物和理论 的推动下，波动光学逐 渐发展成为物理学的一 个重要分支，并在现代 光学、光电子学等领域 中发挥了重要作用。
02 光的干涉
干涉的定义与分类
定义 分类 分波前干涉 分振幅干涉
干涉是指两个或多个相干光波在空间某一点叠加产生加强或减 弱的现象。
根据光源的性质，干涉可分为两类，分别是ห้องสมุดไป่ตู้波前干涉和分振 幅干涉。
波前上不同部位发出的子波在空间某点相遇叠加产生的干涉。 如杨氏双缝干涉、洛埃镜、菲涅尔双面镜以及菲涅尔双棱镜等
。
一束光的振幅分成两部分（或以上）在空间某点相遇时产生的 干涉。例如薄膜干涉、等倾干涉、等厚干涉以及迈克耳孙干涉
波动光学与几何光学的比较
几何光学
几何光学是研究光线在介质中传播的光学分支，它主要关注 光线的方向、成像等，基于光的直线传播和反射、折射定律 。
波动光学与几何光学的区分
波动光学更加关注光的波动性质，如光的干涉、衍射等现象 ，而几何光学则更加关注光线传播的几何特性。两者在研究 对象和方法上存在差异，但彼此相互补充，构成了光学的完 整体系。
VS
马吕斯定律
当一束光线通过两个偏振片时，只有当两 个偏振片的透振方向夹角为特定值时，光 线才能通过。这就是马吕斯定律，它描述 了光线通过偏振片时的透射情况。这两个 定律在光学和物理学中都有着广泛的应用 。
THANKS
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分类
根据障碍物的大小和光波波长的相对 关系，衍射可分为菲涅尔衍射和夫琅 禾费衍射。
单缝衍射与双缝衍射
单缝衍射
光的波动性和干涉
实验步骤和实验结果
实验步骤：先进行单缝干涉实验，再观察双缝干涉实验
实验结果：单缝干涉出现明暗相间的条纹，双缝干涉出现等间距的明暗相间的条纹
实验分析和实验结论
实验原理：光 的波动性和干 涉现象的原理
实验过程：详 细介绍实验步 骤和操作方法
实验结果：对 实验数据的分 析和处理，得
光的波动现象
光的干涉：两束或多束光波在空间 相遇时，产生明暗相间的干涉条纹。
光的偏振：光波的振动方向在某一 特定方向上的表现，可以通过偏振 片来检测。
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光的衍射：光波在传播过程中遇到 障碍物时，绕过障碍物边缘的现象。
光的散射：光波在传播过程中因遇 到微小颗粒而向各个方向散射的现 象。
Part Three
光的干涉
干涉现象和干涉条件
干涉现象：两束或多束光波在空间相遇时，相互叠加产生明暗相间的干涉条纹。
干涉条件：频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
干涉光强度和干涉图样
干涉光强度：光干涉时，干涉光强度与各相干光的光程差、波长、振幅等因素有关。
干涉图样：干涉光形成的图样，通常呈现为明暗相间的条纹，条纹的间距与波长有关。
光的干涉和衍射是光的波动性的重 要表现，在光学和物理学中有广泛 的应用。
波动性的应用
医学成像：如超声波和核磁共振成像，利用波动性来观察人体内部结构
通信技术：光纤利用光的波动性传递信息，实现高速、大容量的数据传输
光学仪器：如干涉仪和衍射仪，利用光的波动性进行高精度测量和质量控 制 能源利用：如太阳能电池板和海洋能发电，利用光的波动性将光能转化为 电能
光的波动性和干涉
大学物理_物理光学(二)
大学物理_物理光学（二）引言概述:物理光学是大学物理课程中的一门重要分支，研究光的传播、干涉、衍射、偏振等现象，深入探讨光的波动性质。
本文将从五个大点出发，分别阐述物理光学的相关理论和实践应用。
1. 光的干涉现象:- 介绍光的干涉现象，包括两束光的干涉、干涉条纹的形成等。
- 讨论干涉的条件和原理，如杨氏双缝实验、牛顿环实验等。
- 解析干涉的应用，例如干涉仪的工作原理和干涉测量技术。
2. 光的衍射现象:- 解释光的衍射现象，包括单缝衍射、双缝衍射等。
- 探讨衍射的内容和原理，如惠更斯-菲涅尔原理等。
- 探索衍射的应用，例如衍射光栅的工作原理和衍射光谱仪的使用方法等。
3. 光和波的偏振:- 介绍光和波的偏振现象，以及光的偏振方式。
- 阐述偏振光的性质和产生机制，如马吕斯定律等。
- 探讨偏振光的应用，例如偏振片的使用和偏光显微镜的工作原理等。
4. 光的相干性和激光:- 讲解光的相干性，如相干长度和相干时间等概念。
- 探讨激光，包括激光的产生原理和特性，如激光的单色性和定向性等。
- 分析激光的应用，例如激光器的工作原理和激光在通信和医学领域的应用等。
5. 光的散射和色散:- 介绍光的散射现象，如瑞利散射和弗伦耳散射等。
- 阐述色散现象，包括光的色散和物质的色散。
- 探讨散射和色散的应用，例如大气散射对天空颜色的影响和光谱分析等。
总结:物理光学是探究光波动性质的重要学科，它涉及光的干涉、衍射、偏振、相干性、激光、散射和色散等多个方面。
本文通过概述以上五个大点，详细介绍了物理光学的相关理论和实践应用，希望能够对读者对物理光学理解有所助益。
2024年大学物理波动光学-(带目录)
大学物理波动光学-(带目录)大学物理波动光学摘要：波动光学是大学物理课程中重要的组成部分，主要研究光的波动性质及其在介质中的传播规律。
本文主要介绍了波动光学的基本概念、波动方程、干涉现象、衍射现象、偏振现象以及光学仪器等，旨在为读者提供系统的波动光学知识，为进一步学习和研究打下基础。
一、引言波动光学是研究光波在传播过程中所表现出的波动性质的科学。
光波是一种电磁波，具有波动性、粒子性和量子性。
波动光学主要关注光的波动性质，研究光波在介质中的传播、反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象。
波动光学在科学技术、工程应用、日常生活等领域具有广泛的应用，如光纤通信、激光技术、光学仪器等。
二、波动方程波动方程是描述波动现象的基本方程。
光波在真空中的传播速度为c，介质中的传播速度为v。
波动方程可以表示为：∇^2E(1/c^2)∂^2E/∂t^2=0其中，E表示电场强度，∇^2表示拉普拉斯算子，t表示时间。
该方程描述了光波在空间和时间上的传播规律。
三、干涉现象1.极化干涉：当两束相干光波在空间某点相遇时，它们的电场矢量方向相同，相互加强，形成明条纹；当电场矢量方向相反，相互抵消，形成暗条纹。
2.非极化干涉：当两束相干光波在空间某点相遇时，它们的电场矢量方向垂直，相互叠加，形成干涉条纹。
四、衍射现象衍射现象是光波传播过程中遇到障碍物或通过狭缝时产生的现象。
衍射现象的本质是光波的传播方向发生改变，使得光波在空间中形成干涉图样。
衍射现象可以分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两种：1.菲涅耳衍射：当光波通过狭缝或障碍物时，光波在衍射角较小的情况下发生的衍射现象。
菲涅耳衍射的衍射图样与狭缝或障碍物的形状、大小以及光波的波长有关。
2.夫琅禾费衍射：当光波通过狭缝或障碍物时，光波在衍射角较大的情况下发生的衍射现象。
夫琅禾费衍射的衍射图样与狭缝或障碍物的形状、大小以及光波的波长有关。
五、偏振现象偏振现象是光波在传播过程中，电场矢量在空间某一方向上振动的现象。
大学物理第3章光的干涉精品PPT课件
sin
2
解 计算波程差
r AC BC
2 AC(1 cos 2)
2
AC h sin 极大时 r k
2 1
BC
2
h
A
sin (2k 1)
4h
取 k 1
1
arcsin
4h
注意
1
arcsin
20.010-2 m 4 0.5 m
5.74
考虑半波损失时，附加波程差取 / 2
均可，符号不同，k 取值不同，对问题实
此时
V Imax Imin 1 I max I min
条纹明暗对比鲜明
•当I1=I2时,
Imin 0
条纹明暗对比差
I Imin
I 4I0
2I0
-4 -2 0 2 4
-4 -2 0 2 4
•若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。
在屏幕上x=0处各种波长的波程 差均为零，各种波长的零级条纹发生 重叠，形成白色明纹。由于各色光的 波长不同，其极大所出现的位置错开 而变成彩色的，且各种颜色级次稍高 的条纹将发生重叠而模糊不清。
u
★光程
★光程差
一、光程 光程差
• 真空中 • 媒质中
真
b
a
2
d
─真空中波长
媒
b
a
2 n
d
n─媒质中波长
a· λ b·
d
a· λn
n
b·
d
媒质
由波的折射定律
n21
u1 u2
c u2
u2
c n
n
即：n
c nv
nv
n
媒
2
nd
大学物理光学部分总结
薄膜干涉
光波在薄膜表面反射和透射时产 生的干涉现象，常用于增反膜和 增透膜的设计。
光的衍射现象
单缝衍射
光波通过一个狭窄的缝隙时，会在屏 上产生明暗相间的衍射条纹。
圆孔衍射
光波通过一个圆孔时，会在屏上产生 明亮的中心和逐渐减弱的衍射条纹。
吸收光谱
物质对不同波长的光的吸收程度 不同，形成了物质的吸收光谱。 通过对吸收光谱的分析，可以了 解物质的组成和性质。
吸收系数
物质对光的吸收能力可以用吸收 系数来表示，吸收系数越大，表 示物质对光的吸收能力越强。
光散射
光的散射现象
当光通过物质时，由于物质中微粒的散射作用，光发生散射现象，散射光的强度和方向 与入射光的波长、微粒的大小和形状有关。
3
光的相干性
同频率、同方向、同相位的光波具有相干性。
光的传播
反射定律
光在平滑界面上按特定角度反射 。
折射定律
光在不同介质间传播时，传播方向 发生变化。
光速
光在真空中的速度是一个恒定的值 ，不随光源或观察者的运动而改变 。
光的干涉
干涉现象
两束或多束相干光波在空间某一点叠加，产生明 暗相间的干涉条纹。
光与物质相互作用时，光作为粒子，其能量与物质中的电子相互作 用，引起电子的跃迁和能级变化，从而改变物质的状态。
光的波粒二象性
光既具有波动性又具有粒子性，在光与物质相互作用时，表现出不同 的性质和效果。
光吸收
光的吸收定律
当光通过物质时，物质吸收光能 并转化为热能或其他形式的能量 ，光的强度随传播距离的增加而 逐渐减弱。
光的偏振现象
大学物理(波动光学知识点总结)
大学物理(波动光学知识点总结)contents•波动光学基本概念与原理•干涉理论与应用目录•衍射理论与应用•偏振光理论与应用•现代光学技术发展动态简介波动光学基本概念与原理01光波是一种电磁波，具有横波性质，其振动方向与传播方向垂直。
描述光波的物理量包括振幅、频率、波长、波速等，其中波长和频率决定了光的颜色。
光波的传播遵循波动方程，可以通过解波动方程得到光波在不同介质中的传播规律。
光波性质及描述方法干涉现象是指两列或多列光波在空间某些区域相遇时，相互叠加产生加强或减弱的现象。
产生干涉的条件包括：两列光波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
常见的干涉现象有双缝干涉、薄膜干涉等，可以通过干涉条纹的形状和间距等信息来推断光源和介质的性质。
干涉现象及其条件衍射现象及其分类衍射现象是指光波在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播的现象。
衍射现象可以分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射两种类型，其中菲涅尔衍射适用于障碍物尺寸与波长相当或更小的情况，而夫琅禾费衍射适用于障碍物尺寸远大于波长的情况。
常见的衍射现象有单缝衍射、圆孔衍射等，可以通过衍射图案的形状和强度分布等信息来研究光波的传播规律和介质的性质。
偏振现象与双折射偏振现象是指光波在传播过程中，振动方向受到限制的现象。
根据振动方向的不同，光波可以分为横波和纵波两种类型，其中只有横波才能发生偏振现象。
双折射现象是指某些晶体在特定方向上对光波产生不同的折射率，使得入射光波被分解成两束振动方向相互垂直的偏振光的现象。
这种现象在光学器件如偏振片、偏振棱镜等中有重要应用。
通过研究偏振现象和双折射现象，可以深入了解光与物质相互作用的基本规律，以及开发新型光学器件和技术的可能性。
干涉理论与应用02杨氏双缝干涉实验原理及结果分析实验原理杨氏双缝干涉实验是基于光的波动性，通过双缝产生的相干光波在空间叠加形成明暗相间的干涉条纹。
结果分析实验结果表明，光波通过双缝后会在屏幕上产生明暗相间的干涉条纹，条纹间距与光波长、双缝间距及屏幕到双缝的距离有关。
大学物理教学课件：光的干涉
I1 I2
I
4I1
Imin
-4 -2 o 2 4
衬比度差 (V < 1)
决定衬比度的因素：
振幅比 光源的宽度
-4 -2 o 2 4
衬比度好 (V = 1)
光源的单色性
3.普通光源获得相干光的途径
分波面法
p
分振幅法
S*
·p
S*
薄膜
§2 双缝干涉
一. 双缝干涉 单色光入射
r1
· p x x
d
r2
1. 相干间隔
若 b 和 B一定，则要得到干涉条纹，必
须
d d0
(d0
B b
)
—相干间隔
d0越大，光场的空间相干性越好。
2. 相干孔径角
0
d0 B
b
b
━相干孔径角
S1
0
d0
S2 B
在θ0 范围内的光场中，正对光源的平面
上的任意两点的光振动是相干的。
0 越大空间相干性越好。
激光光源可以不受以上限制
cos r
2 n
Ar ···D·BC
e
n sin i nsin r
得 2ne cos r
2
或 2e n2 n 2sin2 i (i) 明纹 (i) k , k 1,2,3,2
暗纹 i 2k 1 , k 0,1,2,
2
倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹
条倾• 纹形条特状纹点:。一: 系列同心圆环
—— 等倾条
一. 点光源照纹明时的干涉条纹分析 光束1、2的光程差：
o r环 P
n( AB BC ) n AD
ii
f
e
2
大学物理波动光学总结
大学物理波动光学总结引言波动光学是大学物理中的一门重要课程，研究光的传播和干涉衍射现象。
本文将对大学物理中的波动光学进行总结和归纳，内容包括光的波动性质、干涉现象、衍射现象等。
光的波动性质光既具有粒子性质又具有波动性质，可以通过以下实验证明：- 杨氏双缝实验：将一个点光源照射到一个有两条细缝的屏幕上，观察到在屏幕背后的墙上出现一系列亮暗相间的干涉条纹。
实验证明光的干涉现象，说明光具有波动性质。
- 光的衍射现象：光通过某个孔洞或物体边缘时，会沿着扩散波的方式传播，形成衍射图样。
光的衍射现象同样证明了光的波动性质。
干涉现象干涉是两个或多个波相遇时产生的现象，具有以下特点： 1. 干涉是波动性质的直接表现，只有至少两束波才能产生干涉现象。
2. 干涉分为相干干涉和非相干干涉。
相干干涉是指波源的频率和相位相同或相近，非相干干涉指波源的频率和相位差异较大。
3. 干涉现象包括等厚干涉、薄膜干涉、牛顿环等。
等厚干涉等厚干涉是在等厚体（如平行板）两个表面之间形成的干涉现象，具有以下特点： - 干涉条纹的间距是由波长、介质折射率差和等厚体厚度决定的。
- 等厚干涉的应用包括测量薄膜厚度、判断材料性质等。
薄膜干涉薄膜干涉是在薄膜表面和基底表面之间形成的干涉现象，具有以下特点： - 薄膜干涉的颜色随着入射光的颜色和薄膜厚度的改变而改变。
- 薄膜干涉的应用包括光学镀膜、光学仪器等领域。
牛顿环牛顿环是一种由大气中的薄膜产生的干涉现象，具有以下特点： - 牛顿环是由于光的不同波长在大气中的衍射和干涉引起的。
- 牛顿环的中心位置与基座材料的折射率有关，可用于测量折射率。
衍射现象衍射是波传播过程中遇到障碍物或传播介质发生扰动时发生的现象，具有以下特点： 1. 衍射现象是波动性质的直接表现，与波的传播方式密切相关。
2. 衍射现象包括单缝衍射、双缝衍射、衍射光栅等。
单缝衍射单缝衍射是在缝隙较小的板上通过光时产生的衍射现象，具有以下特点： - 单缝衍射的衍射图样主要包括中央最亮的主极大和两侧的次级最暗区。
大学物理中的波动光学光的干涉与衍射现象
大学物理中的波动光学光的干涉与衍射现象波动光学是大学物理中的重要部分，它主要研究光的干涉与衍射现象。
本文将从光的波动性质入手，探讨光的干涉与衍射的基本原理，以及相关实验和应用。
一、光的波动性质在大学物理中，我们学习到光既可以被看作是粒子，又可以被看作是波动。
光的波动性质表现在它的传播过程中，比如光的折射、反射等现象。
对于波动光学来说，最重要的性质是干涉与衍射。
二、光的干涉现象光的干涉指的是两束或多束光波相遇时产生的干涉现象。
干涉现象有两种主要类型：射频中心干涉和干涉条纹。
光的干涉可以用杨氏双缝实验进行说明。
在杨氏双缝实验中，光通过一个狭缝后，再通过两个互相平行的狭缝。
当光通过双缝后，会出现干涉现象，形成一系列明暗相间的干涉条纹。
三、光的衍射现象光的衍射指的是光通过一个遮挡缝隙或物体边缘时产生的弯曲现象。
衍射可以用夫琅禾费衍射实验进行说明。
在夫琅禾费衍射实验中，光通过一个狭缝后，衍射到一个屏幕上。
屏幕上出现一系列从中心扩散的亮暗交替的衍射条纹。
四、干涉与衍射的应用干涉与衍射现象不仅仅是物理实验的现象，还有广泛的应用。
比如在光学仪器中，干涉仪常用于测量光的波长和折射率。
干涉仪还可以用于光的分光和干涉图样的观察。
另外，衍射也有很多实际应用，比如衍射光栅可以用于光谱仪和激光衍射，而衍射现象也与X射线衍射、电子衍射等相关。
五、总结波动光学中的干涉与衍射现象是大学物理中的重要内容。
光的干涉指的是两束或多束光波相遇时产生的干涉现象，而光的衍射指的是光通过一个遮挡缝隙或物体边缘时产生的弯曲现象。
干涉与衍射现象不仅仅是实验现象，还有广泛的应用。
在光学仪器和其他领域中，干涉与衍射的原理被应用于测量、观察和研究等方面，对于我们深入了解光的性质具有重要意义。
总之，光的干涉与衍射现象是大学物理中的重要内容，通过对干涉与衍射的研究，我们可以更好地理解光的波动性质，也能够将这些原理应用于实际生活中的各个领域。
通过深入学习和实践，我们可以进一步发掘干涉与衍射的潜力，为光学科学的发展做出更大贡献。
大学物理光学与波动
大学物理光学与波动在大学物理课程中，光学与波动是一个重要的研究领域。
光学研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，而波动研究波的特性和传播规律。
本文将从不同角度探讨大学物理中的光学与波动。
一、光的传播与光速度光的传播是指光在真空和介质中的传播过程。
根据光的波动理论，光是一种经典电磁波，具有特定的波长和频率。
光的传播速度通常用光速来表示，即299,792,458米每秒。
光速的确定为物理学提供了一个重要的基准，也被用来定义其他基本物理量（如电磁学中的电磁波速度）。
二、光的反射和折射光的反射是指光从一个介质界面上的入射角等于反射角的现象。
根据斯涅尔定律，光在两个介质交界处发生折射时，入射角、折射角和两个介质的折射率之间存在一个数学关系。
这个关系可以用来解释光在水中折射时出现的折射现象。
三、光的干涉和衍射光的干涉是指两束或多束光波相互叠加形成明暗相间的干涉条纹的现象。
光的干涉现象可以通过杨氏实验来观察和解释。
光的干涉现象在光学中具有重要应用，如干涉仪、薄膜干涉等。
光的衍射则是指光通过一个或多个小孔或尺寸比光的波长大得多的孔径时，光波发生弯曲和重新扩散的现象。
衍射现象可以用夫琅禾费衍射公式来计算和描述。
四、光的偏振与波片偏振光是指只在一个特定方向上振动的光。
偏振光的特点是具有固定的振动方向，可以通过使用波片（如偏振片）来实现对光的偏振处理。
波片是一种光学元件，可以选择性地使特定方向的光通过，而阻止其他方向的光通过。
五、声波与光波除了电磁波中的光波之外，波动学还研究其他类型的波，比如声波。
声波是一种机械波，是由物体的振动引起的压力变化在介质中传播而成的。
与光波不同，声波需要介质提供承载的媒介来传播。
总结：光学与波动作为大学物理的重要内容，涵盖了光的传播、反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象以及其他类型的波动现象。
通过研究光学与波动，我们可以更好地理解光的性质、波的传播规律和光与物质之间的相互作用。
在应用方面，光学与波动在激光技术、光纤通信、光学显微镜等领域都有广泛的应用。
大学物理(波动光学知识点总结)
A）自然光 。 B） 完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面。 C）完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面。 D ）部分偏振光。
单击此处添加标题
8、两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光 线通过，当其中一偏振片慢慢转动1800时透射光强度发生的 变化为：
单击此处添加标题
10、一自然光通过两个偏振片，若两片的偏振化方向间夹角 由A转到B，则转前和转后透射光强之比为 。
单轴
速度
二、选择题：
2、一束波长为 的单色光由空气入射到折射率为 n 的透明介 质上，要使反射光得到干涉加强，则膜的最小厚度为：
3、平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下表面反射的两束光 发生干涉，若薄膜厚度为 e，且 n1< n2 > n3， 1 为入射光在 折射率为n1的媒质的波长，则两束光在相遇点的相位差为：
作业：
10-9．如图所示，用波长为的单色光垂直照射折射率为n2的劈尖。图中各部分折射率的关系是n1< n2< n3，观察反射光的干涉条纹，从劈尖顶端开始向右数第5条暗纹中心所对应的厚度是多少?
[解] 因
故在劈尖上下表面的两反射光无因半波损失引起的附加光程差，干涉暗纹应满足
习题10-9图
n1
n2
n3
在该范围内能看到的主极大个数为5个。
所以，第一次缺级为第五级。
在单缝衍射中央明条纹宽度内可以看到0、±1、 ± 2 级主极大明条纹共5 条。
单缝衍射第一级极小满足
光栅方程：
解（1）由二级主极大满足的光栅方程：
由第三级缺级，透光缝的最小宽度为： 可能观察到的主极大极次为：0，±1，±2
例题 波长 λ=6000埃单色光垂直入射到一光栅上，测得第二级主极大的衍射角为30度，且第三级缺级。① 光栅常数（a+b)是多大？ ②透光缝可能的最小宽度是多少？ ③在选定了上述(a+b)和a之后，求在衍射角-π/2<φ<π/2范围内可能观察到的全部主极大的级次。
大学物理(波动光学知识点总结)
01
圆孔、屏幕和光源。
实验现象
02
在屏幕上观察到明暗相间的圆环，中心为亮斑。
结论
03
圆孔衍射同样体现了光的波动性，中心亮斑是光线汇聚的结果。
光栅衍射实验
实验装置
光栅、屏幕和光源。
实验现象
在屏幕上观察到多条明暗相间的条纹，每条条纹都有自己的位置 和宽度。
结论
光栅衍射是由于光在光栅上发生反射和折射后相互干涉的结果， 形成多条明暗相间的条纹。
02
光的干涉
干涉现象与干涉条件
干涉现象
当两束或多束相干光波在空间某一点 叠加时，光波的振幅会发生变化，产 生明暗相间的干涉条纹。
干涉条件
要产生干涉现象，光波必须具有相同 的频率、相同的振动方向、相位差恒 定以及有稳定的能量分布。
干涉原理
光的波动性
光波在传播过程中，遇到障碍物或孔洞时，会产生衍射现象。衍射光波在空间 相遇时，会因相位差而产生干涉现象。
利用光纤的干涉、折射等光学效应，检测温度、压力、位移等物理量。
表面等离子体共振传感器
利用表面等离子体的共振效应，检测生物分子、化学物质等。
光学信息处理
全息成像
利用干涉和衍射原理，记录并再现物 体的三维信息。
光计算
利用光学器件实现高速并行计算，具 有速度快、功耗低等优点。
THANKS
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大学物理(波动光学知识 点总结)
• 波动光学概述 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 波动光学的应用实例
01
波动光学概述
光的波动性质
01
02
03
光的干涉
当两束或多束相干光波相 遇时，它们会相互叠加， 形成明暗相间的干涉条纹。
[课件]光学与波动学 第三章 光的干涉PPT
![[课件]光学与波动学 第三章 光的干涉PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/ac2421f226fff705cc170a2c.png)
亮点
说明：从与光线垂直的面到焦点，各光线等光程。
5.相位差和光程差的关系：
2 0 1 0 2
=
2 (同一束光)
6.干涉的条件
▲相长干涉（明条纹）
2 k
k ,k 0 , 1 , 2 …
I I I I 2 I I max 1 2 1 2
第三章
光的干涉
（Interference of light）
本章目录
§3.1 光源的相干性
§3.2 双缝干涉
§3.3 薄膜干涉
§3.4 迈克耳孙干涉仪
8
§3.1 光源的相干性
1. 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
i i1
干涉结果：
明纹 2 k = k ， 2 k 0 ,, 1 2 ( 2 k 1 ) ， 暗纹 2
19
7. 条纹衬比度（对比度，反衬度）（contrast）
Imax Imin V Imax Imin
I
I 1 I 2
Imax
I
4I1
▲相消干涉（暗条纹）
( 2 k 1 ) ( 2 k 1 ) ,k 0 , 1 , 2 …
2
I I I I 2 I I min 1 2 1 2
光程： 光程差：
Байду номын сангаасL=nd
= L L = ( n x ) ( n x )
j i 2 1 j j2 1 1
3. 光的相干性
相干光：满足相干条件的几束光
光的干涉—牛顿环-大学物理实验-海南大学
光的干涉—牛顿环【实验目的】1、了解牛顿环等厚干涉的原理和观察方法2、利用干涉方法测量平/凸透镜的曲率半径3、掌握读数显微镜的调节和使用4、学习用逐差法和图解法处理数据，并比较两种处理结果【实验原理】通常将同一光源发出的光分成两束光，在空间经过不同的路程后合在一起产生干涉。
牛顿环是典型的等厚干涉现象牛顿环实验装置通常是由光学玻璃制成的一个平面和一个曲率半径较大的球面组成，在两个表面之间形成一劈尖状空气薄层。
以凸面为例，当单色光垂直入射时，在透镜表面相遇时就会发生干涉现象，空气膜厚度相同的地方形成相同的干涉条纹，这种干涉称作等厚干涉。
在干涉条纹是以接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环，称牛顿环。
牛顿环的形成：由于透镜表面B点处的反射光1和玻璃板表面C点的反射光2在B点出发生干涉，在该处产生等厚干涉条纹。
按照波动理论，设形成牛顿环处空气薄层厚度为d，两束相干光的光程差为：△=2d + λ/ 2 = kλ当适合下列条件时有△ =2d + λ/ 2 = kλ---------（1）( K = 1，2，3，... 明环)△ =2d + λ/ 2 = (2k+1)λ/2---------（2）( K = 1，2，3，... 暗环)式中λ为入射光的波长，λ/2 是附加光程差，他是由于光在光密介质面上反射时产生的半波损失而引起的公式（2）表明，当 K=0 时（零级），d=0，即平面玻璃和平凸透镜接触处的条纹为暗纹。
光程差Δ仅与d 有关，即厚度相同的地方干涉条纹相同。
平凸透镜曲率半径的测量：由几何关系，在B点可得：r2=R2-(R2-d2)=2Rd-d2因为 R>>d 所以得上式表明d 与成正比，说明离中心越远，光程差增加越快，干涉条纹越来越密。
由公式：... (暗环)可知若测出第K 级暗环的半径，且单色光的波长已知时，就能算出球面的曲率半径R 。
但在实验中由于机械压力引起的形变以及球面上可能存在的微小尘埃，使得凸面和平面接触处不可能是一个理想的点，而是一个不很规则的圆斑，因此很难准确测出的值。
光的干涉与干涉仪知识点总结
光的干涉与干涉仪知识点总结光的干涉是光波的相干性质所表现出的现象，它是光的波动性质的重要体现。
干涉现象广泛应用于光学领域，并被用于研究物质的性质以及其他相关领域。
本文将对光的干涉及干涉仪的知识点进行总结，并探讨其应用和特点。
一、光的干涉1. 干涉的概念干涉是指两个或多个光波相遇的现象。
当光波的路径差满足一定条件时，会出现干涉现象。
光波的相位差和路径差是干涉现象产生的重要因素。
2. 干涉的类型根据光波的相干性质和光程差的特点，干涉可分为两类：相干光的干涉和非相干光的干涉。
相干光干涉主要包括薄膜干涉、双缝干涉、马赫-曾德尔干涉等。
非相干光干涉主要包括自发辐射干涉、多普勒光干涉等。
3. 干涉的条件产生干涉现象的条件有两个：一是光源必须是相干光，即波长相同、相位一致；二是光波的路径差必须满足波长对应的相位差。
二、干涉仪1. 干涉仪的定义与组成干涉仪是用于观察和测量干涉现象的仪器。
它主要由光源、分波器、光学路径调节装置以及干涉图样的接收和观察装置等组成。
2. 干涉仪的分类常见的干涉仪有迈克尔逊干涉仪、杨氏干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪等。
它们的原理和设计各不相同，适用于不同的干涉实验和测量。
3. 干涉仪的应用干涉仪广泛应用于光学测量、光程测量、干涉条纹的观察和分析以及物体表面形貌的测量等领域。
例如，利用干涉仪可以测量光的波长、物体的薄膜厚度、材料的折射率等。
三、光的干涉应用案例1. 干涉仪在光学显微镜中的应用在光学显微镜中，安装干涉仪可以通过观察和分析干涉条纹，获得更精确的显微图像。
这样可以提高显微镜的分辨率和观察的清晰度，扩大显微镜的应用范围。
2. 干涉仪在激光干涉测量中的应用激光干涉测量是一种高精度的测量方法，广泛应用于工程领域。
通过干涉仪观察和分析干涉条纹，可以测量物体的微小位移、形变和震动等信息。
3. 光的干涉在光学元件制造中的应用光的干涉还可以应用于光学元件的制造和检测过程中。
例如，在透镜和平面镜的检测中，可以通过观察干涉条纹确定透镜表面的形状和质量。
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明纹 暗纹
(k = 0,1,2,3…)
用光程差判断
k
( 2k 1 )
明纹
2
暗纹
(k = 0,1,2,3…)
相差 =光程差（2/）
思考题一 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？
A B C
c
b
a
F
A、B、C 的位相 相同，在F点会
杨(T.Young)在1801 年首先发现光的干涉 现象，并首次测量了 光波的波长。
二、杨氏双缝实验
二、杨氏双缝实验
典型实验参数 双缝间距 d：0.1~1mm 屏与双缝间距 D 1~10m 横向观察范围 x 1~10cm 一般情况 D >> d ，x d D x S为线光源
二、杨氏双缝实验
2.可见光
波长范围：760 nm 390 nm 频率: 3.91014Hz 8.6 1014 Hz
紫
蓝
青
绿
黄
橙
红
光是频率在一定范围内电磁波，是对人眼能 产生视觉的电磁波。电磁波是横波。
一、光及光的干涉
3.光的干涉
两列波相遇，振动强度在空间周期性分布 的现象称为干涉。
二、杨氏双缝实验
聚，互相加强
A、B、C 各点到F点的光程都相等。
解 释
AaF比BbF经过的几何路程长，但BbF在透镜中 经过的路程比AaF长，透镜折射率大于1，折 算成光程， AaF的光程与BbF的光程相等。
使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。
四、光程
通过薄透镜的各
光线的光程相等。
四、光程 思考题二 计算右图所示两光路 的光程差及位相差。
S S2 S1
o
S1 S S S2
o
五、薄膜干涉
1. 等倾干涉 2. 等厚干涉
五、薄膜干涉 利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和折 射，可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。 （一）等倾干涉 扩展光源照射下的薄膜干涉 在一均匀透明介质n1中 放入上下表面平行,厚度 为e 的均匀介质n2(>n1)， 用扩展光源照射薄膜，其 反射和透射光如图所示
1 2 r1 p
·
· ·
r2
2 k
( 2 k 1 )
明纹 暗纹
(k = 0,1,2,3…)
即由位相差决定明暗纹的位置
三、光的相干性 干涉条件
在空间相遇时能发生干涉的两列波应满足条 件 频率相同 振动方向相同 有固定的位相差 相干光、相干光源
光源的发光机理 光源的最基本发光单元是分子、原子
7 180 632 . 8 10 (1) X D 0.518 cm 解： d 0.022
( 2 ) d X
0.45 0.015 D 120
5.625 10 5 cm 562.5nm
三、光的相干性
两列光波的叠加 1 假设两束光：频率相同，振动方向一致 · · E E cos( t )
分振幅法
普通光源获得相干光的途径 从一个原子一次发光中获得
分波面法
p S*
S *
·
薄膜
p
其他类似装置 劳埃镜 费涅耳双棱镜 费涅耳双面镜
S
d
S’
M
D
洛 埃 镜 的 干 涉 处理办法： d sin 等效双缝 2
或
d x 2 D
思考： 为什么 光程差 公式中 出现了 2
双棱镜 S1 S
二、杨氏双缝实验
若用白光入射
D 由 x k d 中央零极仍为白色亮纹，两侧对称地排列着彩
色条纹，对同一级亮纹，波长越长，条纹位置 离中央亮纹越远。
小结：
明纹中心位置
D k 1,2 , 暗纹中心位置 x ( 2k 1 ) d 2 D 相邻两明纹或暗纹间距离 x d 单色光入射：明暗相间、平行等 距的直条纹，中央是明纹。 白光入射：中央条纹是白光，两侧 出现彩色条纹。
nd d r1 r2 k
k d n 1
S1 S2
( r2 d nd ) r1 0 k
d n 1
本装置也可用于测量透明薄膜折射率
k n 1 d
r1
r2 d
课堂思考：杨氏双缝干涉中，若有下列变动， 干涉条纹将如何变化？ （1）把整个装置浸入水中。
产生明暗条纹的条件 两束相干光的波程差
r2 r1 d sin
一般很小，则
x sin tan D x r2 r1 d D
D
二、杨氏双缝实验
x d ＝ D
k
k 0,1,2,
明纹 暗纹
( 2k 1 )
2
k 1,2 ,
波动光学 几何光学：以光的直线传播规律为基础，
研究各种光学仪器的理论。
光学
以光的波动性为基础，研究光 波动光学： 的电磁性质和传播规 律。 以光的量子理论为基础，研究 量子光学： 光与物质相互作用的规律。 光的干涉
波动光学
光的衍射 光的偏振
丰富多彩的干涉现象
水膜在白光下
白光下的肥皂膜
蝉翅在阳光下
蜻蜓翅膀在阳光下
白光下的油膜
肥皂泡玩过吗?
测油膜厚度
平晶间空气隙干涉条纹
等倾条纹
牛顿环(等厚条纹)
第 3 章 光的干涉
一、光及光的干涉 二、杨氏双缝干涉 三、相干光 四、光程 五、薄膜干涉 *六、迈克耳孙干涉仪
一、光及光的干涉
1.电磁波谱
对不同的电磁波段，产生和检测的方法不同。
一、光及光的干涉
明纹中心位置
D x k d
k 0,1,2,
暗纹中心位置
D x ( 2k 1 ) d 2
k 1,2 ,
二、杨氏双缝实验
相邻两个明条纹或暗条纹之间的距离 D 由 x k d
D D D x (k 1) k d d d
D x d
x 与 x 无关，说明条纹是： 明暗相间、平行等距的直条纹， 中央是明纹。
d
S2
D
双 棱 镜 的 干 涉
S M1 S1 M2
S2
双 面 镜 的 干 涉
杨氏双缝花样
双棱镜花样
劳埃镜花样
三、光的相干性
半波损失 对洛埃镜，它是入射光和镜面反射光相互干 涉。将观察屏紧靠反射镜时，在镜端处两相干 光束的光程相等，即光程差为零，理应是亮条 纹，但实际上 是暗条纹。唯 一可能的原因 就是光在镜面 上的反射。
E2 能级跃迁辐射 波列
E1
= (E2-E1)/h
波列长L = c
10 8 秒
普通光源：自发辐射
• 发光的间隙性 • 发光的随机性
· ·
独立(不同原子发的光) 独立(同一原子先后发的光)
激光光源：受激辐射
= (E2-E1)/h E2
E1
完全一样(频率,位相, 振动方向,传播方向) 先分光 然后再相遇
S1
S
n ( n )
n
o
S2
此时条纹变密
（2）把缝隙S2遮住，并在两缝垂 直平面上放一平面反射镜 此时两束光的干涉如图所示， 由于S1光线在平面镜反射且有 半波损失 ，因此干涉条纹仅在 O点上方，且明暗条纹位置与 原来相反。
S
S1
o
S2
（3）将入射光由红光该为紫光 条纹向中央收缩，条纹间距变密。 （4）将光源沿平行SO连线方向作微小移动。 干涉图样不变 （5）将光源沿平行S1S2连线方 向作微小移动。 图示S向下移动，此 时 S'S1 S'S2 ，于是中央 明纹的位置向上移动
D x k d
k 0,1,2,
k 3 k 2 k 1 k 1 k 2
k 3
在杨氏实验中，（1）波长为632.8nm的激光射 在间距为0.022cm的双缝上，求距缝180cm处屏 幕上所形成的干涉条纹的间距。 （2）若缝的 间距为0.45cm，距缝 120cm 的屏幕上所形成的 干涉条纹的间距为0.15mm，求光源的波长。
a i n1
a1
D B
a2
n2
n1
A
C
e
光线a2与光线 a1的光程差为：
n2 ( AC CB ) n1 AD / 2
半波损失
由折射定律和几何关系可得出：
n1 n1
a
i
A
a1
D B
a2
n2
C
e
n1 sin i n2 sin
AD AB sin i
r1 r2
E20 E0
·
p
P:
E 2 E 20 cos( t 2 ) E E1 E2 E0 cos( t ) 2 2 2 E 0 E10 E 20 2 E10 E 20 cos 2 1 I I 1 I 2 2 I 1 I 2 cos
2
yc1 A cos( t
2
x)
a b
c
n2 l2 光线2
1 2 yc 2 A cos( t l2 ) 2
l1 )
Δ
2π
2
l2
2π
1
l1
Δ
2π
2
l2
2π
1
l1
1
u1
2
u2
实际情况中n1
S1 S2
r1
r2
d
解： 从S1和S2到屏幕上P点的光程差：
( r2 d nd ) r1