第七章光的干涉.
光的干涉课件
N =10
N 很大
-2
-1
0
1
2
N 增大，主极大条纹变亮变窄，次极大数目变多而相对强度变小。
附图二
N=2 N=3 N=4 N =10
N 很大
N个相干线光源干涉条纹示意图
1.43
劈尖例二
920 (nm)
牛顿环
在牛顿环实验中
牛顿环例题
589 nm
暗环
4.00 mm
6.00 mm
6.79 m
迈克耳孙干涉仪
等倾和等厚光路
吐级
吞级
移级
N 个初相相同
的相干点光源
多个相干点源干涉
相邻两光线的光程差
相应的相位差
相邻两光线在 P 点的相位差
主极大与次极大
设各光线在 P 点的振幅大小均为 用旋转矢量法求 N 个振动的合成振幅大小
光的干涉
光波
可见光
常用单色光源
光干涉的必要条件
相干光
光程
光程差与相位差
透镜无附加光程差
续9
分波面与分振幅
杨氏双缝干涉
条纹间距关系式
洛埃镜实验
紧靠镜端处总是产生暗纹，说明在镜端处反射光与入射光
的相位差为 ，相当于光程差
，称为 半波损失。
双面镜实验
双棱镜实验
分波面法小结
分振幅干涉
存在
个
，从而
存在
个次极大（处于每
两相邻零值位置的中间）。据
此可应用 公式算出次极大
的幅值，可以发现，当 N 增大
时，次极大相对于主极大迅速
变小。
设相干点光源的强度相同， 而且 已给定，随 N 的增 大，屏幕上主极大处的条纹越 清晰明亮，次极大处的条纹相 对越来越暗，甚至不被察觉。
《光的干涉》 讲义
《光的干涉》讲义在我们的日常生活中，光无处不在。
从照亮我们房间的灯光，到大自然中美丽的彩虹，光以其多样的形式展现着它的魅力。
而在光学的世界里，有一个重要的现象——光的干涉，它不仅为我们揭示了光的本质，还在许多领域有着广泛的应用。
一、光的本质要理解光的干涉，首先我们得了解一下光到底是什么。
在很长一段时间里，关于光的本质存在着两种不同的观点，即粒子说和波动说。
粒子说认为光是由一个个微小的粒子组成的，这些粒子像子弹一样直线传播。
而波动说则主张光是以波的形式传播的。
经过一系列的实验和研究，现代物理学证明，光具有波粒二象性，也就是说，在某些情况下，光表现出粒子的特性；而在另一些情况下，又表现出波动的特性。
对于光的干涉现象，我们更多地是从光的波动性来进行理解和解释。
二、光的干涉现象当两列或多列光波在空间相遇时，它们会相互叠加，从而在某些区域光的强度增强，而在另一些区域光的强度减弱，这种现象就被称为光的干涉。
最常见的光的干涉现象就是杨氏双缝干涉实验。
在这个实验中，一束光通过两个相距很近的狭缝，在后面的屏幕上会出现明暗相间的条纹。
亮条纹的地方，是两列光波到达时相互加强的结果；暗条纹的地方，则是两列光波到达时相互削弱的结果。
还有一种常见的干涉现象是薄膜干涉。
比如，我们在阳光下看到肥皂泡或者水面上的油膜呈现出五彩斑斓的颜色，这就是薄膜干涉的结果。
薄膜的上下表面反射的光波相互叠加，由于薄膜的厚度不均匀，不同位置的光程差不同，导致了不同颜色的光在某些位置相互加强，某些位置相互削弱，从而呈现出各种颜色。
三、光的干涉条件并不是任意两列光波相遇都会发生干涉现象，而是需要满足一定的条件。
首先，两列光波的频率必须相同。
这是因为只有频率相同的光波，在相遇时才能保持稳定的相位差，从而产生干涉现象。
其次，两列光波的振动方向要相同或者至少有相同的分量。
如果两列光波的振动方向完全垂直，那么它们就无法相互叠加，也就不会发生干涉。
最后，两列光波的相位差要保持恒定。
物理知识点光的干涉
物理知识点光的干涉光的干涉是光学中的重要概念之一，它揭示了光波的波动性质及其产生的干涉现象。
本文将依据物理知识点，对光的干涉进行详细论述。
一、干涉现象的基本原理光的干涉是指两个或多个光波相互叠加所形成的干涉图案。
干涉现象的产生需要满足两个基本条件：光源是相干光源，波长相同。
当光波经过不同路径传播后再次相遇时，它们会相互干涉，产生增强或减弱的干涉效应。
二、双缝干涉1. 双缝干涉的实验装置双缝干涉实验一般采用光源、狭缝、透镜和屏幕等组成。
光源发出的光经狭缝后，形成一个光源光斑，通过透镜聚焦后照射到屏幕上。
2. 双缝干涉的光程差当光波通过两个缝隙后再次相遇时，其传播路径的长度差称为光程差。
光的干涉现象取决于光程差的大小。
3. 双缝干涉的干涉图案双缝干涉的干涉图案呈现出一系列明暗相间的条纹，称为干涉条纹。
该条纹呈现出一定的规律性，可通过干涉公式和级差条件进行分析和计算。
三、杨氏双缝干涉实验1. 杨氏双缝干涉实验的装置杨氏双缝干涉实验是一种经典的干涉实验方法。
实验装置由一束狭缝光源、双缝、透镜和幕板等组成。
2. 杨氏双缝干涉的干涉条纹杨氏干涉条纹呈现出一系列黑白相间的圆环或直线条纹。
根据实验条件和光波的干涉效应，可以通过杨氏双缝干涉公式进行计算。
四、单缝干涉1. 单缝干涉的实验装置单缝干涉实验通常采用单缝光源、单缝和屏幕等组成。
单缝光源发出的光波通过单缝后形成一个光斑，映射到屏幕上形成单缝干涉图样。
2. 单缝干涉的干涉条纹单缝干涉的干涉条纹呈现出明暗相间且中央最亮的中央极大和两侧较暗的暗条纹分布。
单缝干涉的干涉效应可由单缝干涉公式和级差条件加以说明。
五、干涉现象的应用光的干涉在科学研究和实际应用中有着重要的意义。
1. 干涉仪干涉仪是一种基于光的干涉原理设计的精密仪器，常用于光学测量、干涉剖析和光学检测等领域。
2. 光纤通信光纤通信是一种基于光的传输技术。
光波经光纤传输时，可能会产生干涉现象，影响信号传输质量，因此需要进行干涉相关的优化和控制。
《光的干涉》 讲义
《光的干涉》讲义在我们生活的这个奇妙世界里，光无处不在。
从照亮我们前行道路的路灯，到让我们欣赏到美丽色彩的彩虹，光以其独特的方式展现着它的魅力。
而在光学的众多现象中，光的干涉是一个非常重要且有趣的现象。
那么，什么是光的干涉呢？简单来说，光的干涉是指两束或多束光在相遇时相互叠加，导致某些区域的光强度增强，而某些区域的光强度减弱的现象。
这种现象就好像两列水波相遇时会发生的情况一样。
要理解光的干涉，首先我们得了解一下光的本质。
在很长一段时间里，人们对于光的本质存在着不同的看法。
一种观点认为光是一种粒子，而另一种观点则认为光是一种波。
经过大量的实验和研究，现在我们知道光具有波粒二象性，在某些情况下表现出粒子的特性，而在另一些情况下则表现出波的特性。
而光的干涉现象，正是光的波动性的有力证明。
光的干涉现象可以通过一些经典的实验来观察。
其中最著名的实验之一就是杨氏双缝干涉实验。
在这个实验中，一束光通过一个有两条狭缝的挡板，然后在后面的屏幕上形成了一系列明暗相间的条纹。
这些条纹的出现，正是因为从两条狭缝出来的光发生了干涉。
我们来具体分析一下这个实验。
假设从两条狭缝出来的光的波长相同、频率相同、相位相同，那么当它们在屏幕上相遇时，如果两束光的波峰与波峰相遇，或者波谷与波谷相遇，就会发生相长干涉，使得光的强度增强，从而在屏幕上形成亮条纹；而如果一束光的波峰与另一束光的波谷相遇，就会发生相消干涉，使得光的强度减弱，从而在屏幕上形成暗条纹。
光的干涉在实际生活中有着广泛的应用。
比如说，在光学精密测量中，利用干涉原理可以精确地测量长度、厚度等物理量。
例如，迈克尔逊干涉仪就是一种基于光的干涉原理的精密测量仪器，它可以用来测量微小的长度变化。
在薄膜干涉方面，我们也能经常观察到光的干涉现象。
比如，当我们对着肥皂泡或者油膜表面观察时，常常能看到五彩斑斓的颜色。
这是因为薄膜的上下表面反射的光发生了干涉，不同波长的光在不同的厚度处发生相长干涉或相消干涉，从而使得我们看到了不同的颜色。
《光的干涉》 讲义
《光的干涉》讲义在我们的日常生活中，光无处不在，它照亮了我们的世界，让我们能够看到周围的一切。
然而，光的奥秘远不止我们所看到的那么简单。
其中，光的干涉现象就是一个令人着迷的领域。
什么是光的干涉呢？简单来说，就是两列或多列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终减弱，从而形成稳定的强弱分布的现象。
要理解光的干涉，我们首先得了解一下光的本质。
在很长一段时间里，人们对于光的本质存在着争论。
直到近代，科学家们逐渐认识到光具有波粒二象性。
在光的干涉现象中，我们主要考虑光的波动性。
光的干涉有两种常见的类型，分别是双缝干涉和薄膜干涉。
先来说说双缝干涉。
托马斯·杨在 1801 年进行了著名的双缝干涉实验。
实验装置很简单，就是在一块遮光板上开两条相距很近的狭缝，然后让一束单色光通过这两条狭缝，在后面的屏幕上就会出现明暗相间的条纹。
为什么会出现这样的条纹呢？这是因为从两条狭缝出来的光就像是两个波源，它们发出的光波在空间相遇并叠加。
当两列光波的波峰与波峰相遇，或者波谷与波谷相遇时，就会相互加强，形成亮条纹；而当波峰与波谷相遇时，就会相互抵消，形成暗条纹。
通过双缝干涉实验，我们可以得出一些重要的结论。
比如，相邻两个亮条纹或暗条纹之间的距离与光的波长、双缝之间的距离以及双缝到屏幕的距离都有关系。
这为我们测量光的波长提供了一种有效的方法。
接下来再谈谈薄膜干涉。
生活中我们常见的肥皂泡、水面上的油膜在阳光的照射下会呈现出五彩斑斓的颜色，这就是薄膜干涉的现象。
薄膜干涉的原理是由于薄膜的上下表面反射的光波相互叠加而产生的。
当一束光照射到薄膜上时，一部分光会在薄膜的上表面反射，另一部分光会穿过薄膜，在下表面反射后再穿出薄膜。
这两束反射光的光程差会随着薄膜的厚度和入射光的角度而变化。
当光程差恰好为波长的整数倍时，就会出现加强，形成亮条纹；当光程差为半波长的奇数倍时，就会出现减弱，形成暗条纹。
薄膜干涉在实际中有很多应用。
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。
光的干涉 课件
类型一 两列光波发生干涉的条件
【例 1】在双缝干涉实验中,以白光为光源,在屏幕上观察到了彩色干 涉条纹,若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光),另一 缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光),已知红光与绿光频率、波长均 不相等,这时( ) A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹,其他颜色的双缝干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失,其他颜色的干涉条纹依然存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在,但屏上仍有光亮 D.屏上无任何光亮 解析:两列光波发生干涉的条件之一是频率相等,利用双缝将一束光 分成能够发生叠加的两束光,在光屏上形成干涉条纹,但分别用绿色 滤光片和红色滤光片挡住两条缝后,红光和绿光频率不等,不能发生 干涉,因此屏上不会出现干涉条纹,但仍有红光和绿光的衍射图样。 答案:C
答案:B
光的干涉
1.杨氏双缝干涉实验 (1)史实:1801 年,英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的 干涉现象。 (2)实验过程:让一束平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡 板上,两条狭缝相距很近。如果光是一种波,狭缝就成了两个波源,它 们的频率、相位和振动方向总是相同的。两波源发出的光在挡板后 面的空间互相叠加,发生干涉现象:来自两个光源的光在一些位置相 互加强,在另一些位置相互削弱。 (3)实验现象:在屏上得到明暗相间的条纹。 (4)实验结论:证明光是一种波。 (5)现象解释:当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的 偶数倍时(即恰好等于波长的整数倍时),两列光在这点相互加强,这 里出现亮条纹;当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇 数倍时,两列光在这一点相互削弱,这里出现暗条纹。
类型二 干涉图样明、暗条纹的条件
【例 2】如图所示是双缝干涉实验装置,使用波长为 600nm 的橙色光 源照射单缝 S,在光屏中央 P 处观察到亮条纹,在位于 P 上方的 P1 处 出现第一条亮纹中心(即 P1 到 S1、S2 的路程差为一个波长),现换用 波长为 400 nm 的紫光源照射单缝,则( )
光的干涉
n
d
透镜的等光程性
屏 a .d . e . .g
b. c
.
.h
F
adeg 与bh 几何路程不等，但光程是相等的。 abc 三点在同一波面上，相位相等。 到达F 点形成亮点，说明abc三条光线到达F点无相 位差。
所以透镜的引入不会引起附加的光程差。
倾斜入射时： a . b .
c .
屏
F
abc 三点在同一波阵面上，相位相等，到达
事实上频率取某一确定值的光波是不 存在的。通常情况下认为频率的取值 范围很小就是单色光。 ③ 波长常用单位：m nm A 换算关系为： 1m =10-6m 1nm =10-9m
o
o
1A=10-10m
④ 光强：光波在传播中也伴随着能量 的传播，因为光波中引起各种光学效应 的是电振动，所以光强正比于E2（波的 能量正比于振幅的平方），通常情况下， 为了计算的方便，我们认为： I=E2
屏 A
M1 C
a
M2
B
点光源
s
*
1 2
C
屏 A
s1 s2
* *
M1
a
M2
1
2
B
三、劳埃(H.Lloyd)镜实验 A´ s1 s 2*
M
A 屏
.P
B´ B
问题：
当屏移到 A ´ B ´ 位置时，在屏上的P 点应该
出现暗条纹还是明纹？
四、劳埃(H.Lloyd)镜实验 A´
A 屏
s1 s 2*
M
.P
=0
p (r2 e ne) r1 0
S1
r2 r1 e ne 0
r1 O P
S2
光的干涉ppt
xx年xx月xx日
contents
目录
• 光的干涉现象 • 光的干涉基本原理 • 实验方法和数据分析 • 实验结果和讨论 • 结论和展望
01
光的干涉现象
光的干涉定义
光的干涉是指两个或多个波源产生的光波在空间叠加时，形 成某些特定区域振动加强或减弱的现象。
干涉现象通常表现为明暗相间的条纹或色彩，称为干涉条纹 或干涉色彩。
通过本课程的学习，我们深入了解了光的干涉 基本概念、干涉原理、干涉仪器的使用以及干 涉现象在光学检测中的应用。
光的干涉在光学检测技术中具有重要的应用价 值，如光学表面检测、光学元件装配、光学薄 膜检测等领域。
展望未来
随着科学技术的发展，光的干涉技术的研究和应用 领域将不断扩大。
在未来，我们可能会看到更加先进的光学干涉仪器 和技术，如更高精度的干涉仪、更智能化的数据处
3
分析实验参数对干涉条纹特征的影响，如条纹 间距、亮度等。
02
光的干涉基本原理
双缝干涉
实验装置
双缝干涉实验中需要使用光源、双缝装置 和屏幕，光源发出的光经过双缝后形成两 束相干光，在屏幕上形成干涉条纹。
VS
干涉图样
双缝干涉的条纹呈现为明暗交替的平行条 纹，相邻条纹之间的距离为 $\Delta x = \frac{L}{d}\lambda$，其中 $L$ 为屏幕 到双缝的距离，$d$ 为双缝之间的距离， $\lambda$ 为光的波长。
离、微小角度等。
02
光学表面检测
干涉条纹可以用来检测光学表面的平整度和粗糙度，如检测光学镜片
的表面质量。
03
光学信息处理
干涉条纹可以用来进行光学信息处理，如全息技术、光学图像处理等
光的干涉 课件
图 4－4－5
b．被测平面凹陷或凸起的判断方法 由于同一空气层厚度的地方路程差相同，故出现在同一条纹上，若条纹发 生了弯曲，我们只要抓住弯曲处的空气层厚度4－6，条纹向左弯曲，说明弯曲处的空气层厚度与右 侧的相同，即该处有凹陷．
图 4－4－6
4．屏上某处出现亮、暗条纹的条件 频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如明条纹处某点同时参与 的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同，总是同时过最高点、最低点、 平衡位置；暗条纹处振动步调总相反，具体产生亮、暗条纹的条件为： (1)明条纹的条件： 屏上某点 P 到两缝 S1和 S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍． 即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·2λ(k＝0．．,1,2,3…)
四、薄膜干涉 1．形成原因 如图 4－4－4 所示，照射到液膜上的光线从前、后两个表面反射回来，形 成两列光波．由于这两列光波是由同一入射光波产生的，因此频率相同、相差 恒定，满足干涉条件．
图 4－4－4
【特别提醒】 因为薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个表面反射的光 在光源这一侧发生干涉形成的，所以应在与光源同一侧才能观看到干涉条纹.
L Δx＝__d_λ___
3．薄膜干涉 (1)形成原因：从薄膜的_前__、_后___表面反射出两列相干光波发生干涉． (2)应用：检查光学平面的平整度，增透膜．
一、对双缝干涉实验及现象的理解，实验操作时常在双缝前加一条单缝 1．双缝干涉的示意图(如图 4－4－3)
图 4－4－3
2．单缝屏的作用 获得一个线光源，有唯一的频率和振动情况． 3．双缝屏的作用 平行光照射到单缝 S 上后，又照到双缝 S1、S2 上，这样一束光被分成两束 频率相同和振动情况完全一致的相干光．
三、用白光做双缝干涉实验时，中央出现白色条纹，两侧出现彩色条纹的 形成原因
光的干涉
单色光
标准样板 薄片
被检测平面
(a)
(b)
(c)
注：薄片厚度一般仅为零点零几毫米左右，只相当于一张纸片的厚度
薄膜干涉的应用 干涉法检查平面
原理：在被检平面与透明样板间垫一个薄片，使其间 形成一个楔形的空气薄层．当用单色光从上面照射时， 入射光从空气层的上、下表面反射出两列光波，于是 从反射光中看到干涉条纹．
衍射现象来说，小孔处的光源可以看成无数个子波源， 它们在空间也会叠加，振动加强的点产生明条纹，振动 减弱的点产生暗条纹。
干涉现象中每一个小孔（缝）也能发生衍射，衍射现 象中各子光源也能发生干涉，即“干中有衍，衍中有 干”。我们称双缝为干涉，单缝或多缝为衍射。 2.二者区别 （1）产生条件不同 光的干涉要求频率相同的两列相干光相遇叠加。只要狭 缝或孔足够小，任何光都能发生衍射。
5、劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示。将一块平板
玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在
两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从
上往下看到的干涉条纹如图2所示。干涉条纹有如下特点：⑴
任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；⑵任
意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图1
3 、用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实 验时，在光屏上得到衍射图形，它们的
特征是（ B ）
A．用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔 时中央是亮的
B．中央均为亮点的同心圆形条纹 C．中央均为暗点的同心圆形条纹 D．用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔
时中央是暗的
三、光的偏振 1．偏振：光波只沿某个特定的方向振动。 2．自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直 于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的 光波的强度都相同，这种光叫做自然光。 3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向 振动的光。光的偏振现象说明光是一种横波。 4．偏振光的形成 (1)自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。 (2)自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光 就是部分偏振光或完全偏振光。 5．偏振光的理论意义及应用 (1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能 确定光波是横波还是纵波，光的偏振现象说明了光波是横波。 (2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。
光的干涉(教学课件)(完整版)
l
d
X x
d
L
P1
S1
d
S2
l
1.相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：
（1）波长λ: 波长越大，相邻的亮纹间距越大
（2）双缝之间的距离d: d越小，相邻的亮纹间距越大
（3）双缝与屏间的距离 l : L越大，相邻的亮纹间距越大
x
P
学习任务二、干涉条纹和光的波长之间的关系
后表面
学习任务三：薄 膜 干 涉
光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。
光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。
白光照射时是彩色条纹
学习任务三：薄 膜 干 涉
薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）
所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，则表示被检测表面微
恰好是10号亮条纹。设直线S1P1的长度为r1,S2P1的长度为r2,则r2-r1等于 (
)
A.9.5λ B.10λ
C.10.5λ
D.20λ
答案:B
解析:由题设可知,P1点处是第10号亮条纹的位置,表明缝S1、S2到P1处的距离差r2-r1
为波长的整数倍,且刚好是10个波长,所以选项B正确。
考点三：薄膜干涉
亮（暗）纹间距的公式推导
如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 。
对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。
在线段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，则S2M＝r2－r1，
因d≪l，三角形S1S2M可看做直角三角形。
)
《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
薄膜干涉
1、定义： 由薄膜前后表面反射的两列光波叠加而成
用单色光照射肥皂薄膜时，发生光的干 涉现象，这时（ ）
AB
A、看到的干涉图样是明暗相间的条纹
B、从光源所在同一侧才能看到干涉图样 C、从光源的另一侧才能看到干涉图样
D、从光源发出的光与肥皂膜表面反射的 光发生干涉，形成干涉图样
薄膜干涉的应用 a.干涉法检查平面
450－400
d 红光波长最大， x 紫光波长最小 L
在双缝干涉实验中，以下说法中正确的 是( ) A、入射光波长越长，干涉条纹间距越大 B、入射光波长越长，干涉条纹间距越小 C、把入射光由绿光变成紫光，干涉条纹 间距变小 D、把入射光由绿光变成红光，干涉条纹 间距变小
AC
四、七种单色光的综干涉的实验现象：
1、等宽度、等间距、等亮度的明暗条纹。 2、波峰与波峰、波谷与波谷叠加的区域 振动最强，即出现明条纹。波峰与波谷 叠加的区域振动最弱，即出现暗条纹。
＝r2 r1＝ k，k 0,1,2, ,明条纹
＝r2 r1＝ 2k＋1 ，k 0,1,2, , 暗条纹 2
光的干涉
1、两列机械波（如声波、水波）发 生干涉的条件是什么？ 2、两列波(振动情况步调相同）干涉 时，振动最强的点和振动最弱的点条 件是什么？
＝r2 r1＝ k，k 0,1,2, ＝r2 r1＝ 2k＋1 ，k 0,1, 2,
初中物理光学部分光的干涉和衍射现象的原理及应用
初中物理光学部分光的干涉和衍射现象的原理及应用光的干涉和衍射是光学中重要的现象之一，它们揭示了光的波动性质，并且在现实生活中有许多应用。
本文将介绍光的干涉和衍射现象的原理以及一些常见的应用。
1. 光的干涉原理干涉是指两个或多个光波相互作用时产生的光强叠加现象。
光的干涉可以分为两类：相长干涉和相消干涉。
（1）相长干涉：当两束光的波峰与波峰相遇，或者波谷与波谷相遇时，光的干涉会增强，形成明纹。
（2）相消干涉：当两束光的波峰与波谷相遇时，光的干涉会相互抵消，形成暗纹。
2. 光的衍射原理光的衍射是指光通过一个小孔或者绕过障碍物时发生偏离直线传播的现象。
光的衍射在日常生活中经常会遇到，比如光经过窗户的缝隙后产生的条纹。
光的衍射可以解释为光波在传播过程中受到障碍物或小孔的影响，光波在障碍物或小孔边缘会发生弯曲，从而使得光线被扩散。
3. 干涉和衍射现象的应用干涉和衍射现象在生活和科学研究中有广泛的应用。
（1）干涉仪器：光的干涉现象可以用来制造干涉仪器，如Michelson干涉仪、Young双缝干涉仪等。
这些干涉仪器可以用来测量光的波长、薄膜的厚度等物理量。
（2）光栅：光栅是一种具有大量平行排列的狭缝或透明条纹的光学元件。
通过光栅的衍射现象，我们可以分析光的频谱成分，广泛应用于光谱学、光通信等领域。
（3）应用于减薄膜：利用光的反射和透射的干涉现象，可以检测和测量材料的薄膜厚度，广泛应用于光学薄膜领域。
（4）显微镜：光的干涉和衍射现象在显微镜中起到重要作用，它们可以提高显微镜的分辨率，使得更细微的结构能够被观察到。
（5）光波导技术：光波导器件利用光的干涉和衍射现象，可以在光纤中进行光的传输和调制，广泛应用于通信、激光器等光电子学领域。
综上所述，光的干涉和衍射现象是光学的基本原理之一，揭示了光的波动性质。
这些现象的应用广泛，涉及到物理测量、激光技术、通信等各个领域。
对于初中物理学习者来说，理解和掌握光的干涉和衍射原理，有助于培养兴趣和提高学习成绩。
《光的干涉》 讲义
《光的干涉》讲义在我们生活的这个奇妙世界中，光的现象无处不在。
而光的干涉，作为光学领域中的一个重要概念，不仅具有深刻的理论意义，还在众多实际应用中发挥着关键作用。
接下来，让我们一同深入探索光的干涉这一神奇的现象。
一、光的本质要理解光的干涉，首先得清楚光究竟是什么。
在很长一段时间里，科学家们对光的本质进行了激烈的争论。
最终，现代物理学认为，光具有波粒二象性。
也就是说，光既可以表现出粒子的特性，又可以表现出波动的特性。
从波动的角度来看，光是一种电磁波。
它在空间中传播时，会伴随着电场和磁场的周期性变化。
而这种周期性变化，正是光产生干涉现象的基础。
二、光的干涉的定义光的干涉是指两列或多列光波在空间相遇时，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，从而形成稳定的强弱分布的现象。
想象一下，两列水波在池塘中相遇。
当波峰与波峰相遇，或者波谷与波谷相遇时，水波会相互加强，形成更高的波峰或更深的波谷；而当波峰与波谷相遇时，它们则会相互抵消，水面会相对平静。
光的干涉现象与之类似。
三、产生光的干涉的条件要产生光的干涉现象，并不是随便两束光相遇就可以的，需要满足以下几个条件：1、两束光的频率必须相同。
这是因为只有频率相同的光，它们的振动状态才能够在时间上保持稳定的相位差，从而产生干涉。
2、两束光的振动方向必须相同。
如果两束光的振动方向相互垂直，它们就无法有效地相互叠加和干涉。
3、两束光的相位差必须恒定。
也就是说，在观察的时间内，两束光的相位差不能随机变化。
只有同时满足这三个条件，两束光才能发生稳定的干涉现象。
四、光的干涉的分类光的干涉主要可以分为两类：分波面干涉和分振幅干涉。
分波面干涉是指从同一波面分出两部分或更多部分的光，然后相遇产生干涉。
杨氏双缝干涉实验就是一个典型的分波面干涉实验。
在杨氏双缝干涉实验中，一束光通过两个相距很近的狭缝，从而分成两束相干光。
这两束光在屏幕上相遇，产生明暗相间的条纹。
条纹的间距与光的波长、双缝间距以及双缝到屏幕的距离有关。
《光的干涉》课件
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 课件
d
四、明（暗）条纹的间距
当双缝间距d变小、双
缝屏与光屏间距L、入射光
的波长λ等变大时，双缝干
涉的条纹将变宽。
波动理论解释1：L增大，其他条件不变,ΔX变大
L1 L2
x1 x1 x2 x2
屏A 屏B
d
波动理论解释2：波长增大，其他条件不变,ΔX变大
亮亮
x1
L
亮
亮
x2
L
典例分析
例1:在双缝干涉实验中,双缝到光屏上P点的距离之差0.6μm, 若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的单色光垂
双缝屏
光屏
二、双缝干涉图样
单色光
白光
二、双缝干涉图样
图样有何特征？
单Hale Waihona Puke 色S1激光
束
S2
暗条纹的中心线 暗条纹的中心线 亮条纹的中心线 亮条纹的中心线
中央亮条纹
双缝
屏
明暗相间
条纹等间距
思考讨论：光屏上何处出现亮条纹？何处出现暗条纹？
三、决定明暗条纹的条件
单 色
S1
P1
激 S2 ΔS 光
束
P1S2－P1S1= ΔS
r1
P1
激
S1
光
do
束
S2 M
r2
x
P0
L
d L ∴可认为△S1S2M是直角三角形 r2 r1 d sin
另一方面x l tan l sin
消去sin , 有r2
r1
d
x l
四、明（暗）条纹的间距
当两列波的路程差为波 长的整数倍时：
d x k
l
亮条纹中心的位置: x k l
光的干涉
干涉图样: 干涉图样 3D—旋转双曲面族 旋转双曲面族
2D—旋转双曲面族的截线 旋转双曲面族的截线
屏幕∥ 傍轴区:平行等距直线 屏幕∥ S1 S2,傍轴区 平行等距直线 傍轴区 一系列平行的明、暗相间的条纹; ● 一系列平行的明、暗相间的条纹 不太大时直条纹且等间距; ● θ 不太大时直条纹且等间距 ● ∆y ∝ λ ∆y ∝ ro ∆y ∝ 1 ●中间级次低，两边级次高; 中间级次低，两边级次高
几何光程差为: 几何光程差为
δ = 2n2do cos i2
式中n2、do为薄膜的折射率及厚度,i2 为薄膜中光的折射角; 式中 为薄膜的折射率及厚度 为薄膜中光的折射角 计算光程差时要考虑薄膜上、下表面的附加光程差. 计算光程差时要考虑薄膜上、下表面的附加光程差
10. 迈克尔逊干涉仪—分振幅双光束干涉 分振幅双光束干涉
干涉相长
I = ( A1 + A2 ) 2 I = ( A1 − A2 ) 2
j = 0,±1,±2⋯
干涉相消
6.分波面干涉 分波面干涉
光程差
jλ y λ δ =d = ro (2 j + 1) 2
明纹 ( j = 0,±1,±2⋯ ) 暗纹
干涉条纹位置 条纹间距
roλ j d y= rλ (2 j + 1) o 2d
( A1 = A2 )
总光强不等于分强度之和
当干涉项对时间的平均值等于零,称非相干叠加 则 当干涉项对时间的平均值等于零 称非相干叠加,则 称非相干叠加 总光强等于分强度之和 1).频率相同 频率相同; 频率相同 2).有相互平行的分量 有相互平行的分量; 有相互平行的分量 3).在叠加区域内位相差恒定 在叠加区域内位相差恒定. 在叠加区域内位相差恒定
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相干光波和相干光源 满足干涉条件的光波，叫相干光波；
其光源称为相干光源。
将一个光波分离成两个相干光波方法： 分波前法 分振幅法
第二节 杨氏干涉实验（分波前法）
杨氏实验装置
1. 干涉图样的计算
2. 光源宽度 的影响和空间相干性
X为接收屏上的空间位置
用光程差表示：
y
y x r1 S1 S
S2
r2 r1 m
P(x,y,D)
x
时 时
O
I MAX 4 I 0 , 为亮条纹； r2 r1 ( m 1 ) 2
结论：
r2
z
I MIN 0, 为暗条纹；
1、干涉条纹代表着光程差的等值线。 2、相邻两个干涉条纹之间其光程差变化 量为一个波长，位相差变化2。
P(x,y,D)
x
r2
z
O d D
r22 r12 2 xd
光程差：
2 xd 2 xd d r2 r1 x r2 r1 2 D D
2
kd 2 d 则：I＝4 I 0 cos x 4 I 0 cos x 2D D
1. 振幅比 对条纹可见度的影响
A1 2 A 2 A1 A2 2 ( I1 I 2 )＝ 2 2 2 A1 ＋A2 A1 1 A 2
K 2 I1 I 2
当A1 A2时，K＝ 1，对比度最好 . 当A1 A2时，K 1，A1和A2相差越多，K值越小。
第八章 光的干涉和干涉系统
第一节 光的干涉条件
1. 定义
在两个光波叠加的区域形成稳定的光强强 弱分布的现象，称为光的干涉现象 2. 应用 等厚干涉；等倾干涉；干涉仪
3. 干涉条件
两个振动E1和E 2 叠加后的光强为： I E E E 1 E 2 E 1 E 2 1t I ( E E )dt E1 E 2 E1 E 2 T0 E1 E1 E 2 E 2 2 E1 E 2 I1 I 2 I 12
e
0
e
2
4
m-1
y x
m
m+2 m+1
y
会聚角 r1 S1
P(x,y,D)
x
r2
z
S
S2
O d D
的公式，适合于任何干 涉系统。
干涉条纹间隔与波长
条纹间隔e正比于相干光的波长 , 反比于会聚角。
可以利用λ 和ω 判估条纹间距
白光条纹 白条纹
0 白条纹
x
本节重点内容总结
1、干涉现象和干涉条件 2、P点的干涉条纹强度：
I12称为干涉项，它决定了 叠加光强的强弱。
I12的存在表明，叠加的光 强I不再是I1和I 2的简单和。 只有当I12 0， 且稳定时，才能产生干 涉现象。
设
则
E1 A1 cos(k1 r1 1t 1 ), E 2 A 2 cos(k 2 r2 2 t 2 )
IM
I
1.0 0.8
K (IM Im ) (IM Im )
K表征了干涉场中某处
Im
0.6
0.4
0.2
干涉条纹亮暗反差的程度。
0.0 -4 -2 0 2 4
x
对于双光束干涉： I M ＝I1＋I 2＋2 I1I 2 ， I m I 1 I 2 2 I1 I 2
K 2 I1I 2 ( I1 I 2 )
I I1 I 2 I1I 2 cos
2 xd 2 xd d x 3、光程差的计算： r2 r1 r2 r1 2 D D
4、干涉条纹的意义： 光程差的等值线。
5、干涉条纹的间隔：
e
6、干涉条纹间隔与波长：多色光的干涉
第三节 干涉条纹的可见度
可见度定义：
在同一条纹上的任 意一点到两个光源 的光程差是恒定的。
干涉条纹的间隔
1 .0
I
0 .8
条纹间隔e： e (m 1) D D D m d d d
0 .6
0 .4
0 .2
0 .0 -4 -2
定义：两条相干光线的夹角为相 干光束的会聚角，用表示。 在杨氏实验中： d D 条纹的间隔： e e 是一个具有普遍意义
I I1 I 2 I12
k1 r1 k 2 r2 1 2 1 2 t
I1 I 2 A1 A 2 cos
其中
干涉项I12与两个光波的振动方向 ( A1 , A2 )和位相有关。
干涉条件（必要条件）：
(1)频率相同， 1 2 0; (2)振动方向相同， A1 A2 A1 A2 (3)位相差恒定， 1 2 常数
干涉条纹的意义
2
d I＝4 I 0 cos x D D 当 xm 时 d 有最大值：I MAX 4 I 0 , 为亮条纹；
x
xm D , I MAX 4 I 0 d
1 D x (m ) , 2 d I MIN 0
当
1 D x (m ) 时 2 d 有最小值：I MIN 0, 为暗条纹； 其中：m 0， 1， 2，
P点的干涉条纹强度
S
y
y x r1 S1 O
S2
I I1 I 2 2 I1 I 2 cos 设I1 I 2 I 0 则： I 4 I 0 cos
2
P(x,y,D)
x
r2
z
2
d D
k ( r2 r1 ) k ( r2 r1 ) 2 ( r2 r 1) 则：I＝4 I 0 cos k 4 I 0 cos 2
2
光强 I 的强弱取决于光程差 (r2 r1 )
光程差的计算
d 2 r1 ( x ) y 2 D 2 2 d 2 r2 ( x ) 2 y 2 D 2 2 r22 r12 ( r2 r1 )(r2 r1 )
2
yLeabharlann y x r1 S1 SS2