光的干涉1PPT课件
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现代光学基础课件：光的干涉1_8迈克尔逊干涉仪
扩 展
光
k
相长
(2k 1) / 2 相消
k 0,1, 2,
M 2 M `1
d0
2
分光板 补偿板
G1
G2
1
M2
L
焦平面
当 M1 M2 M1 M1|| M2 M2’
二.干涉条纹的特征 （1）点光源产生的非定域干涉花样
当用点光源照射时M1与M2平行，不使用透镜，将光 屏放在两光束交叠的区域，可以看到同心圆环，属
1 1.5
2
d0 每减少/2：
视场中心内陷一个条纹，视场内条 纹向中心收缩，条纹变稀疏．
d0 每增加/2：
视场中心外冒一个条纹，视场内条 纹向外扩张，条纹略变稠密．
d N .
2
(2) 等倾圆条纹
由薄膜干涉极大光程差公式
2n2d0
cos i2
2
k,
式中：d=常数, k 0, 1, 2,
n1 n2 n3 1.0, i1 i2 ,
单
色
扩
展 光 源
1
G1
G2
L
M2
焦平面
干涉仪照片
复习等倾干涉
2dn2
cos i
2
iD
d
A
C
k 2k 1
2
k 1, 2, k 0,1, 2,
B
----明纹
----暗纹
n1
n2 n1 n1
M1与M2´形成厚度 均匀的空气薄膜
——等倾干涉
n1 n2 1
而且没有额外光程差 源 单
色
2d cos i2
的透明介质片，观察到200条 明纹移过，求此透明介质片的 折射率n 。
M2 M1
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．
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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．
光的干涉(法布里波罗干涉仪)PPT课件
rm m
rm f
m .
d
证
13
(2) R越大，透射光能越小, 明条纹越细锐.
I
1
I0 4r2
(1 r2)2
sin2
2.Leabharlann (3) 反射光与透射光互补，透射光强最大处， 恰为反射光强极小.
(4) 透射光无零光强，可见度总是小于１,当r趋 近 1 时,可见度趋近于 1．透射光干涉条 纹细 锐 , 可以作分光元件．
sin2
2
.
0
r2 0.52 r2 0.87
0
2
3
IR
反射光强
12
三. 讨论相干光强 (1) 极大极小的位置与
I
有关.
1
I0 4r2
(1 r2)2
sin2
2
.
4
n2dcosi2.
N2和d为常数，因此极大极小位置由折射 角i2决定.具有相同入射角的光线，在同 一干涉级次上，形成干涉圆环．条纹半
径规律与迈克耳干涉圆条纹同．
相反：反射光可见度等于 1 ，但 R 越大明条纹 越粗.虽反射光能量很大，也不能作分光元件
14
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
P点的光振动为多束光振动（1、2、3…）在 P点的叠加，用数学式表示：
EPE1E2
用复振幅表示Ｅ1、E2…光振动．
EAei(kr0).
设 1 的复振幅为
E ~1Attei0,
《光的干涉》》课件
海森堡显微镜
原理和结构
海森堡显微镜是一种高级显微 镜，它使用一个非常小的探针 去观察对象，通过测量与对象 的相互作用来达到观察的目的。
相位问题
由于海森堡不确定原理，显微 镜对被观察物体的相位信息有 很强的依赖，所以需要精确的 探测仪器和适当的调节手段。
物理学中的应用
海森堡显微镜在物理学领域中 被广泛应用，尤其是在凝聚态 物理学中的成像、磁学和拓扑 半导体应用方面。
环实验和菲涅尔双缝实验。
3
实验原理
干涉实验是通过将光分为两束，在不同 的方向下交汇，使两束光发生叠加干涉， 以观察到干涉现象。
杨氏实验
原理和装置
杨氏实验是通过一个小孔将 光传递到分别放置于两个处 于同一直线上的小孔中，在 较远处形成干涉条纹。
常见干涉条纹图像
这些干涉条纹具有明暗相间 的特点，这取决于每个点的 光程差，因此可以用于测量 各种量，如光的波长。
菲涅尔双缝实验
1
实验原理
光从一个孔洞透过薄膜时会发生衍射，产生干涉模式。双缝实验是通过两个小孔 将光传递到同一位置，形成干涉条纹。
2
实验装置
光源、两缝板、透镜等构成，双缝板用于形成两个小的、相邻的光源，发出相同 频率的光线，透镜用于将双缝放置在同一位置。
3
光学中的应用
双缝实验是成像和测量的强大工具，常用于研究物质结构、电子结构、拓扑材料 和光学技术等领域。
实际生活应用
杨氏实验在物理、化学、生 物学中被广泛应用。
牛顿环实验
原理和装置
由凸透镜和平板玻璃组成，在两 者接触处点的 光程差来控制的。光程差越大， 干涉条纹间的半径越大。
工程实践中的应用
牛顿环实验在高精度光学制造、 垂直测量和微观镜头制造方面被 广泛应用。
《光的干涉》课件
实验原理：当光波入射到薄膜表面时 ，反射光和透射光会发生干涉，形成
特定的干涉条纹。
实验步骤
1. 制备不同厚度的薄膜样品。
2. 将光源对准薄膜，使光波入射到薄 膜表面。
3. 观察薄膜表面的干涉条纹，分析干 涉现象与薄膜厚度的关系。
迈克尔逊干涉仪
实验目的：利用迈克尔逊干涉仪观察不同波长的光的干 涉现象。 实验步骤
2. 将不同波长的光源依次对准迈克尔逊干涉仪。
实验原理：迈克尔逊干涉仪通过分束器将一束光分为两 束，分别经过反射镜后回到分束器，形成干涉。
1. 调整迈克尔逊干涉仪，确保光路正确。
3. 观察不同波长光的干涉条纹，分析干涉现象与波长 的关系。
04
光的干涉的应用
光学干涉测量技术
干涉仪的基本原理
干涉仪利用光的干涉现象来测量长度、角度、折射率等物理量。干涉仪的精度极高，可以达到纳米级 别。
光的波动性是指光以波的形式传播， 具有振幅、频率和相位等波动特征。
光的干涉是光波动性的具体表现之一 ，当两束或多束相干光波相遇时，它 们会相互叠加产生加强或减弱的现象 。
波的叠加原理
波的叠加原理是物理学中的基本原理之一，当两列波相遇时，它们会相互叠加， 形成新的波形。
在光的干涉中，当两束相干光波相遇时，它们的光程差决定了干涉加强或减弱的 位置。
多功能性
光学干涉技术将向多功能化发展，实现同时进行 多种参数的测量和多维度的信息获取。
光学干涉技术的挑战与机遇
挑战
光学干涉技术面临着测量精度、 稳定性、实时性等方面的挑战， 需要不断改进和完善技术方法。
机遇
随着科技的不断进步和应用需求 的增加，光学干涉技术在科学研 究、工业生产、医疗等领域的应 用前景将更加广阔。
特定的干涉条纹。
实验步骤
1. 制备不同厚度的薄膜样品。
2. 将光源对准薄膜，使光波入射到薄 膜表面。
3. 观察薄膜表面的干涉条纹，分析干 涉现象与薄膜厚度的关系。
迈克尔逊干涉仪
实验目的：利用迈克尔逊干涉仪观察不同波长的光的干 涉现象。 实验步骤
2. 将不同波长的光源依次对准迈克尔逊干涉仪。
实验原理：迈克尔逊干涉仪通过分束器将一束光分为两 束，分别经过反射镜后回到分束器，形成干涉。
1. 调整迈克尔逊干涉仪，确保光路正确。
3. 观察不同波长光的干涉条纹，分析干涉现象与波长 的关系。
04
光的干涉的应用
光学干涉测量技术
干涉仪的基本原理
干涉仪利用光的干涉现象来测量长度、角度、折射率等物理量。干涉仪的精度极高，可以达到纳米级 别。
光的波动性是指光以波的形式传播， 具有振幅、频率和相位等波动特征。
光的干涉是光波动性的具体表现之一 ，当两束或多束相干光波相遇时，它 们会相互叠加产生加强或减弱的现象 。
波的叠加原理
波的叠加原理是物理学中的基本原理之一，当两列波相遇时，它们会相互叠加， 形成新的波形。
在光的干涉中，当两束相干光波相遇时，它们的光程差决定了干涉加强或减弱的 位置。
多功能性
光学干涉技术将向多功能化发展，实现同时进行 多种参数的测量和多维度的信息获取。
光学干涉技术的挑战与机遇
挑战
光学干涉技术面临着测量精度、 稳定性、实时性等方面的挑战， 需要不断改进和完善技术方法。
机遇
随着科技的不断进步和应用需求 的增加，光学干涉技术在科学研 究、工业生产、医疗等领域的应 用前景将更加广阔。
光的干涉ppt课件
L
结论: 1.λ、θ一定时,相邻条纹等间距 2.λ一定时，劈尖θ角越小,ΔL越大,条纹越稀疏
3.θ一定时,λ越大,ΔL越大,条纹越稀疏
2、薄膜干涉的应用
①检验平面平整度
取一个透明的标准样板，放在待 检查的部件表面并在一端垫一薄 片，使样板的平面与被检查的平 面间形成一个楔形空气膜，用单 色光从上面照射，入射光从空气 层的上下表面反射出两列光形成 相干光，从反射光中就会看到干 涉条纹。
1.某同学利用如图所示实验观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双
缝屏，C为光屏。当让一束阳光照射A屏时，C屏上并没有出现干涉条纹,
移走B后,C上出现一窄亮斑。分析实验失败的原因可能是( )
B
A.单缝S太窄
B.单缝S太宽
C.S到S1和S2距离不相等
D.阳光不能作为光源
2.如图是双缝干涉实验装置示意图，使用波长为600 nm的橙色光照射
3.光的干涉
【复习回顾】 1.两列波发生干涉的条件？
①频率相同；②相位差恒定；③振动方向相同
2.两列波(步调相同）干涉时，振动加强的点和振动减弱的点如何判断？
振动始终加强点： 振动始终减弱点：
3.光能不能够发生干涉呢？为什么？
能，干涉是波特有的现象。
4.如果光波发生干涉，你可能看到一幅什么样的图景呢？
思考：条纹弯曲的地 方是凸起还是凹下？
检测面不平整
标准样板 劈尖空气薄层
待检部件
检测面平整
亮亮 亮
θ
d1 d2 d2
ab
检测面凹下
若检测面某处凹下，则对应的明条纹提前出现。
同理可推： 若检测面某处凸起，则对应的明条纹延后出现。
检测面凸起
生活中我们经常见到光的干涉现象:
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实验基础：光的干涉、衍射、偏振现象
物理 光学
波动 光学
理论基础：麦克斯韦电磁场理论 模型： 电磁波 涉及范围：光的传播及其规律 实验基础：光电效应、康普顿效应
量子 光学
理论基础：量子论
模型： 光量子 涉及范围：光和物质的相互作用
几何光学 17世纪
波动光学 19世纪
量子光学 20世纪
光是电磁波
一、 电磁波的产生
6 .6 110 ~ 47 .5 110 4 460
3 .9 110 ~ 44 .8 110 4 430
§14-1 光相干性
一、 光源 光是电磁波,产生感光和生理作用的是电场强度. 光源的最基本发光单元是分子、原子。 发光机理
(1) 热辐射
自
(2) 电致发光 发
(3) 光致发光 辐
(4) 化学发光 射
1. 电磁波是交变电磁场在空间的传播
EE0cos(t
r) u
2. 电磁波是横波
HH0cos(t
y
r) u
E
3. 电场与磁场大小的关系 O
E H z H
4. 波速
介电系数 磁导率
EH//k
k
x
u 1 真空中
c 1 2.Biblioteka 979108ms100光具有波动性的判据
干涉现象 衍射现象
光是横波的判据 偏振现象
的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分 布的影响.
四 了解衍射对光学仪器分辨率的影响. 五 了解 X 射线的衍射现象和布拉格公式的物 理意义.
第三部分 光的偏振
一 理解自然光与偏振光的区别. 二 理解布儒斯特定律和马吕斯定律. 三 了解双折射现象. 四 了解线偏振光的获得方法和检验 方法.
绪言
一、光学的研究内容 二、光的两种学说
• 研究光的本性； • 光的产生、传输与接收规律； • 光与物质的相互作用； • 光学的应用。
牛顿的微粒说
光是由发光物体发出的遵循力 学规律的粒子流。
惠更斯的波动说 光是机械波，在弹性介质 “以太”中传播。
光学 分类
几何 (以光的直线传播为基础：光的独立 光学 传播定律，光的反射和折射定律)
(5) 同步辐射 受
(6) 激光
激
辐
射
原子发光机制
一般物质原子的能态是不连续的，正常情况下 都处于基态，不会发光。当原子吸收外界能量 后，由低能级跃迁到高能级，但在高能级不稳 定，又会从高能级跳回低能级，释放能量，发 出不同频率的光。
高能级 E2
109~108s
波列
低能级 E1
E2E1/h
L=c
注意
2.激光光源：受激辐射
= (E2-E1)/h
E2
E1
(频率、相位、振动方向) 完全一样
激光光源能发出频率、相位、振动方向、传播 方向相同的光。
二、 光的单色性
单色光：具有同一波长（频率）的光 色散现象：把复色光中各种不同频率的光分开,形成光谱称为
光的色散.
复色光：各种频率复合的光称为复色光
普通光源所发光为复色光,单色光源发光为单色光.
•光矢量:光是一种电磁波，电E 场强度E的振动称为
光振动，电场强度E矢量称为光矢量。它在引起人
眼视觉和底片感光上起主要作用 。
•光强：光的平均能流密度，表示单位时间内通过
与传播方向垂直的单位面积的光的能量在一个周期 内的平均值
I=E02
二、 光是电磁波
可见光七彩颜色的波长和频率范围
光色 波长(nm) 红 760~622 橙 622~597 黄 597~577 绿 577~492 蓝 492~470 靛 470~455 紫 455~400
越小，光的单色性就越好。
产生单色光的方法
(1)利用色散;
(3)利用单色光源;
三、光的相干性
(2)利用滤波片; (4)激光
1.干涉现象
两列光波相遇时,出现稳定的明暗相间花样称为 光的干涉现象.
仪器的分辨本领
§11-9 衍射光栅
§11-10光的偏振性 马吕 斯定律
§11-11反射和折射时光 的偏振
§11-12双折射 偏振棱 镜
* §14-13 液晶显示
*§ 11-14 几何光学
教学基本要求 第一部分 光的干涉
一 理解相干光的条件及获得相干光的方法.
二 掌握光程的概念以及光程差和相位差的关 系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变.
激光为最好的单色光源.
同一种原子组成的光源发出的光 I
波频率也有一定的宽度。
I0
谱线宽度：I0/2( I0是谱线最大强 I0 /2
度)处的谱线的波长范围(或频
率范围)
o
谱线宽度
0
越小，谱线的单色性越好
普通单色光的谱线宽度 ： 10-3 0.1 nm 激光的谱线宽度 ： 10-9 10-6 nm
第十一章
光学
主要研究内容
第一部分 光的干涉
§ 11-1 相干光 § 11-2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜 § 11-3 光程 薄膜干涉 § 11-4 劈尖 牛顿环 § 11-5 迈克耳孙干涉仪
第二部分 光的衍射 第三部分 光的偏振
§11-6 光的衍射 §11-7 单缝衍射 §11-8圆孔衍射 光学
普通光源发光具有独立性、随机性、间歇性
(1)一个分子(或原子)在一段时间内发出一列光波,发光时 间持续约10－8~10－10s. (间歇性)
(2)同一分子在不同时刻所发光的频率、振动方向不一定相 同。（随机性、独立性）
(3)各分子在同一时刻所发光的频率、振动方向、相位也不 一定相同.(独立性、随机性)
频率(Hz)
中心波长 (nm)
4 .8 110 ~ 45 .0 110 4 660
5 .0 110 ~ 45 .4 110 4 610
5 .4 110 ~ 46 .1 110 4 570
6 .1 110 ~ 46 .4 110 4 540
6 .4 110 ~ 46 .6 110 4 480
1.原子每次发光的时间很短，只有10-8秒。对应 的波列的长度称为相干长度. 2.各原子发光是随机的，无固定相位差。
两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象， 即使是同一个单色光源的两部分发出的光，也不 能产生干涉。
无干涉现象
1.普通光源：属于自发辐射
..
非相干(不同原子发的光)
结论：
非相干(同一原子先后发的光)
三 能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干 涉 条纹的位置.
四 了解迈克耳孙干涉仪的工作原理.
第二部分 光的衍射
一 了解惠更斯－菲涅耳原理及它对光的衍射 现象的定性解释.
二 了解用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射
条纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条 纹分布的影响.
三 理解光栅衍射公式 , 会确定光栅衍射谱线