优选第二十二章光的干涉
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托马斯• 杨
2 、定量分析
p
s1
s d o
r1
r2
B
x
o
s2 r
D
光强分布
I1 I2 I0
I 4I0
x-2 -2
-x1-1
0 0
x1 1
x2 x 2k
x D
d 、D一定时，若
d
变化，则
x
将怎样变化？
例 用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条 缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹的 位置上。如果入射光波长为 550 nm
En
射
跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
E h
(5) 同步辐波射列光源 受
(6) 激光光源
激
辐
波列长 L = c 射 普通光源的发光特点:
（1) 一个原子每一次发光只 能发出一个波列，
（2) 原子的发光是断续的，
（3) 各原子的各次发光是 完全相互独立的。
非相干(不同原子发的光)
非相干(同一原子先后发的光)
相干条件:(1)频率相同(2)相位差恒定(3)光矢量振动方向平行
2. 相干光源
非相干(不同原子发的光)
相干光源:同一原子的同一次非发相光干(同一原子先后发的光) 二 从普通光源获得相干光方法: 分波阵面法
分波阵面法
分振幅法
分振幅法
s1 光源* s2
22.1 杨氏双缝干涉
一. 杨氏实验
1、实验装置及实验现象
求 此云母片的厚度是多少？
解 设云母片厚度为 d 。无云母片时，零级亮纹在屏上 P 点， 则到达 P 点的两束光的光程差为零。加上云母片后，到达P 点的两光束的光程差为
(n 1)d
当 P 点为第七级明纹位置时
P
7
d
d 7 7 550 106 6.6 103 mm
n 1 1.58 1
二、菲涅尔双镜
22.5 光程
1、定义
光程： nr
2、物理意义：
介质中相差： 2πr
真空中相差： 2πx
0
改变相同相位的条件下
2πr
2πx
0
0
n
x nr
光程是一个折合量，在相位改变相同的条件下，把光在 介质中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程
3、光程的计算
多种介质 光程差：
光程 niri
• 透射波没有半波损失 物象之间等光程原理
22.6 薄膜干涉（一）等厚干涉
分振幅法
一、 劈尖干涉
光程差：
2ne
2
劈尖干涉
亮纹 暗纹
2ne K
2
2ne (K 1 )
2
2
K 1，2，
K 0,1，2，
讨论： 1）e 相 同的条纹在同一级上，称为等厚干涉
r2 u
)
+ 02
1
2
2
(r1
r2
)
(1) 相长干涉（明） 2kπ , k 0,1,2,3...
AP A1 A2
I Imax I1 I2 2 I1I2
如果 I1 I2 I0
I 4I0
(2) 相消干涉（暗） (2k 1)π ,
k 0,1,2,3...
AP A1 A2 如果 I1 I2 I0
i
…
n1 n2 … ni
r1 r2
ri
n(r2 d ) nd nr1 S1
r1
n
由光程差计算相位差
S2 r2
n
•P
d
2
0
2 0
n(r2
d)
nd
nr1
加强和减弱的条件:
相位:
2k
A A1 A2
( k = 0 1 2……)
(2k 1)
A A1 A2
2 0
光程差:
I Imin I1 I2 2 I1I2 I 0
3 干涉现象的光强分布图象
I
I I1 I2 2 I1I2 cos
2 I1I2
I1 I2
Imax
I min
6 4 2 0 2 4 6 8
如 I1 I2 I0
Imax 4I0
I
Imin 0
4I0
6 4 2 0 2 4 6 8
S1: S2:
优选第二十二章光的干涉
二. 光是电磁波
1、人眼对于颜色的感觉是由光的频率决定的
紫蓝 青 绿 黄 橙
红
0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 / m
8.61014 Hz
3.91014 Hz
2、引起眼睛视觉效应和光化学效应的是光波的电场
光矢量：
E
E
A cos ω t
E1 E
A1 A2
cos(t cos(t
2 21 2
r1 r2
01) 02 )
I I1 I2 2 I1I2 cos
相位差:
2
( r2
2
-
r1
1
)
(01
02 )
(设01 02 )
2 0
(n2r2
n1r1 )
s1
r1 n1
P
r2 n2 s2
1 0 / n1 2 0 / n2
2 0
P
s
M1
L
s1
d
s2
C
M2
D
三、劳埃镜
s1 s 2 反相相干光源
P'
P
s1
d
s2
L
D
• 接触处, 屏上O 点出现暗条纹
半波损失
相当于入射波与反射波之间附加了一个半波长的波程差
n1 n2 有半波损失
入射S波• n1 n2
光程1
光程2 • S
n1 n2 无半波损失
反射波
透射波 光程3 光程1=光程2=光程3
r u
Acosωt kr 0
0
Acos
ωt
2
r
0
3、人眼及物理仪器检测光的强度是由波的能流密度决定的
光强Ｉ I A2
第22章 光的干涉 (Interference of Light Wave )
本章介绍思路：
一、基本原理
§22.5 光程
§22.2 相干光 二、典型现象
§22.1 杨氏双缝干涉 §22.6 薄膜干涉（一）——等厚干涉
r1
1·
· r2
Baidu Nhomakorabea
·
P
2
(1)频率相同 (2)相位差恒定 (3)光矢量振动方向平行
E1
A1cos
(t
r1 u
)
+
01
E2
A2cos
(t
r2 u
)
+ 02
E1
A1cos
(t
r1 u
)
+
01
AP2 A12 A22 2A1A2 cos
I I1 I2 2 I1I2 cos
E2
A2cos
(t
k0
A A1 A2
( k = 0 1 2……)
(2k 1) 0
2
A A1 A2
加强 减弱
加强 减弱
(1)频率相同 (2)相位差恒定 (3)光矢量振动方向平行
22.2 相干光
一. 光源
1 普通光源的发光机制
(1) 热辐射
自
(2) 电致发光
激 发(3) 光致发光 态(4) 化学发光
发 辐
§22.7 薄膜干涉（二）——等倾干涉 三、重要应用 §22.8 迈克尔逊干涉仪
三.光波的叠加
E1
A1cos
1(t
r1 u
)
+
01
E2
A2cos
2 (t
r2 u
)
+ 02
EP E1 E2
讨论 1.非相干叠加 2.相干叠加
EP2 E12 E22 2E1 E2 IP I1 I2
2 、定量分析
p
s1
s d o
r1
r2
B
x
o
s2 r
D
光强分布
I1 I2 I0
I 4I0
x-2 -2
-x1-1
0 0
x1 1
x2 x 2k
x D
d 、D一定时，若
d
变化，则
x
将怎样变化？
例 用折射率 n =1.58 的很薄的云母片覆盖在双缝实验中的一条 缝上，这时屏上的第七级亮条纹移到原来的零级亮条纹的 位置上。如果入射光波长为 550 nm
En
射
跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
E h
(5) 同步辐波射列光源 受
(6) 激光光源
激
辐
波列长 L = c 射 普通光源的发光特点:
（1) 一个原子每一次发光只 能发出一个波列，
（2) 原子的发光是断续的，
（3) 各原子的各次发光是 完全相互独立的。
非相干(不同原子发的光)
非相干(同一原子先后发的光)
相干条件:(1)频率相同(2)相位差恒定(3)光矢量振动方向平行
2. 相干光源
非相干(不同原子发的光)
相干光源:同一原子的同一次非发相光干(同一原子先后发的光) 二 从普通光源获得相干光方法: 分波阵面法
分波阵面法
分振幅法
分振幅法
s1 光源* s2
22.1 杨氏双缝干涉
一. 杨氏实验
1、实验装置及实验现象
求 此云母片的厚度是多少？
解 设云母片厚度为 d 。无云母片时，零级亮纹在屏上 P 点， 则到达 P 点的两束光的光程差为零。加上云母片后，到达P 点的两光束的光程差为
(n 1)d
当 P 点为第七级明纹位置时
P
7
d
d 7 7 550 106 6.6 103 mm
n 1 1.58 1
二、菲涅尔双镜
22.5 光程
1、定义
光程： nr
2、物理意义：
介质中相差： 2πr
真空中相差： 2πx
0
改变相同相位的条件下
2πr
2πx
0
0
n
x nr
光程是一个折合量，在相位改变相同的条件下，把光在 介质中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程
3、光程的计算
多种介质 光程差：
光程 niri
• 透射波没有半波损失 物象之间等光程原理
22.6 薄膜干涉（一）等厚干涉
分振幅法
一、 劈尖干涉
光程差：
2ne
2
劈尖干涉
亮纹 暗纹
2ne K
2
2ne (K 1 )
2
2
K 1，2，
K 0,1，2，
讨论： 1）e 相 同的条纹在同一级上，称为等厚干涉
r2 u
)
+ 02
1
2
2
(r1
r2
)
(1) 相长干涉（明） 2kπ , k 0,1,2,3...
AP A1 A2
I Imax I1 I2 2 I1I2
如果 I1 I2 I0
I 4I0
(2) 相消干涉（暗） (2k 1)π ,
k 0,1,2,3...
AP A1 A2 如果 I1 I2 I0
i
…
n1 n2 … ni
r1 r2
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r1
n
由光程差计算相位差
S2 r2
n
•P
d
2
0
2 0
n(r2
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nd
nr1
加强和减弱的条件:
相位:
2k
A A1 A2
( k = 0 1 2……)
(2k 1)
A A1 A2
2 0
光程差:
I Imin I1 I2 2 I1I2 I 0
3 干涉现象的光强分布图象
I
I I1 I2 2 I1I2 cos
2 I1I2
I1 I2
Imax
I min
6 4 2 0 2 4 6 8
如 I1 I2 I0
Imax 4I0
I
Imin 0
4I0
6 4 2 0 2 4 6 8
S1: S2:
优选第二十二章光的干涉
二. 光是电磁波
1、人眼对于颜色的感觉是由光的频率决定的
紫蓝 青 绿 黄 橙
红
0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 / m
8.61014 Hz
3.91014 Hz
2、引起眼睛视觉效应和光化学效应的是光波的电场
光矢量：
E
E
A cos ω t
E1 E
A1 A2
cos(t cos(t
2 21 2
r1 r2
01) 02 )
I I1 I2 2 I1I2 cos
相位差:
2
( r2
2
-
r1
1
)
(01
02 )
(设01 02 )
2 0
(n2r2
n1r1 )
s1
r1 n1
P
r2 n2 s2
1 0 / n1 2 0 / n2
2 0
P
s
M1
L
s1
d
s2
C
M2
D
三、劳埃镜
s1 s 2 反相相干光源
P'
P
s1
d
s2
L
D
• 接触处, 屏上O 点出现暗条纹
半波损失
相当于入射波与反射波之间附加了一个半波长的波程差
n1 n2 有半波损失
入射S波• n1 n2
光程1
光程2 • S
n1 n2 无半波损失
反射波
透射波 光程3 光程1=光程2=光程3
r u
Acosωt kr 0
0
Acos
ωt
2
r
0
3、人眼及物理仪器检测光的强度是由波的能流密度决定的
光强Ｉ I A2
第22章 光的干涉 (Interference of Light Wave )
本章介绍思路：
一、基本原理
§22.5 光程
§22.2 相干光 二、典型现象
§22.1 杨氏双缝干涉 §22.6 薄膜干涉（一）——等厚干涉
r1
1·
· r2
Baidu Nhomakorabea
·
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2
(1)频率相同 (2)相位差恒定 (3)光矢量振动方向平行
E1
A1cos
(t
r1 u
)
+
01
E2
A2cos
(t
r2 u
)
+ 02
E1
A1cos
(t
r1 u
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+
01
AP2 A12 A22 2A1A2 cos
I I1 I2 2 I1I2 cos
E2
A2cos
(t
k0
A A1 A2
( k = 0 1 2……)
(2k 1) 0
2
A A1 A2
加强 减弱
加强 减弱
(1)频率相同 (2)相位差恒定 (3)光矢量振动方向平行
22.2 相干光
一. 光源
1 普通光源的发光机制
(1) 热辐射
自
(2) 电致发光
激 发(3) 光致发光 态(4) 化学发光
发 辐
§22.7 薄膜干涉（二）——等倾干涉 三、重要应用 §22.8 迈克尔逊干涉仪
三.光波的叠加
E1
A1cos
1(t
r1 u
)
+
01
E2
A2cos
2 (t
r2 u
)
+ 02
EP E1 E2
讨论 1.非相干叠加 2.相干叠加
EP2 E12 E22 2E1 E2 IP I1 I2