大学物理光的干涉教程讲解
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大学物理干涉
1
2x1x
2
xs in 1
sin2
结果表明，亮纹位置只与x有关，而与y无关， 因而干涉条纹是与y轴平行的直条纹。
五、其他分波面干涉实验
要求明确以下问题： 1、如何获得的相干光； 2、明、暗纹条件； 3、干涉条纹特点：
形状、间距、 级次位置分布； 4、劳埃德镜实验，半波损失。
菲涅耳双面镜 Fresnel’s double mirror
I A2 I1 I2 2 I1I2 cos
• 相干叠加
相位差极度混乱 ( 随机迅变 ) 不相干的 ( incoherent )
I = I1 + I2 • 非相干叠加
• 实际上有时介于相干与不相干之间，称为部分相干。
产生干涉的必要条件
•频率相同 •存在相互平行的振动分量 •相位差稳定
非相干光： cos 0 I =I1+I2 —非相干叠加
一、双缝干涉
单色光入射
r1 P ·x
r2
x
d
0
D
d >> ，D >> d （d 10 -4m， D1m）
光程差：
r2
r1
d sin
d
tg
d
x D
相位差： 2 π
r1 P ·x x
d
r2
0
x
x0
x
d
x D
I 2 π
D
明纹： 2k π, k 0,1,2,
k,
x k
k
D d
暗纹： (2k 1) π，k 0,1,2,
2A1A2
cos
，
1P 2 P
I I1 I2 2 I1I2 cos
大学物理光的干涉
§22.1 杨氏双缝干涉 一. 杨氏双缝实验
S1 S
r1 r2
S2
托马斯• 杨
一.杨氏双缝实验的干涉原理
r
1
p
r
2
D
两同频率、同振动方向相的光： · E1 =E10cos(ω t+j1 ) ω t +j 2 ) E2 =E20cos ( o 叠加后： ωt +j) E= E1+E2 =E cos( 0
能 量
激发态 光子
l
基态
原子发光机理
* 两个独立光源的光的叠加 非相干光源 I = I 1 + I 2 —非相干叠加
s1 s2
两束光 不相干
I = I1 +I2
2. 获得相干光波的方法
p S* 分波阵面法：
杨氏双缝干涉
p
S *
分振幅法： 分振动面法：
薄膜
薄膜干涉 迈克尔逊干涉仪
激光：从激光束中任意两点引出的光是相干的
同的地方形成同一条干涉条纹 --- 等厚干涉条纹。 常见的等厚干涉有等厚薄膜、劈尖薄膜、牛顿环等。
一、等厚薄膜
1. 明暗纹出现的条件
光线垂直入射等厚薄膜， 光程差公式为：
a a’
b’
n1
n2 n3
i
A C
2n2 e
：为因半波损失而产生的附加光程差。即：
n1 <n2> n3 或 n1 >n2< n3有半波损失
s1
s2
M2 2
B
菲涅耳双面镜干涉实验 s 点光源
M1 C 1 2
屏 A
s1
s2
M2
S1 S
r1 r2
S2
托马斯• 杨
一.杨氏双缝实验的干涉原理
r
1
p
r
2
D
两同频率、同振动方向相的光： · E1 =E10cos(ω t+j1 ) ω t +j 2 ) E2 =E20cos ( o 叠加后： ωt +j) E= E1+E2 =E cos( 0
能 量
激发态 光子
l
基态
原子发光机理
* 两个独立光源的光的叠加 非相干光源 I = I 1 + I 2 —非相干叠加
s1 s2
两束光 不相干
I = I1 +I2
2. 获得相干光波的方法
p S* 分波阵面法：
杨氏双缝干涉
p
S *
分振幅法： 分振动面法：
薄膜
薄膜干涉 迈克尔逊干涉仪
激光：从激光束中任意两点引出的光是相干的
同的地方形成同一条干涉条纹 --- 等厚干涉条纹。 常见的等厚干涉有等厚薄膜、劈尖薄膜、牛顿环等。
一、等厚薄膜
1. 明暗纹出现的条件
光线垂直入射等厚薄膜， 光程差公式为：
a a’
b’
n1
n2 n3
i
A C
2n2 e
：为因半波损失而产生的附加光程差。即：
n1 <n2> n3 或 n1 >n2< n3有半波损失
s1
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M2 2
B
菲涅耳双面镜干涉实验 s 点光源
M1 C 1 2
屏 A
s1
s2
M2
大学物理光学--光的干涉 ppt课件
光波是电磁波, 包含 E和 H , 对人眼或感光物质 起作用的是 E, 称 E矢量为光矢量。 相对光强 I E 2 E是电场强度振幅
2、光源 光 是原子或分子的运动
状态变化时辐射出来 的 大量处于激发态的原子自发地 - 1.5 e V - 3.4 e V
跃迁到低激发态或基态时就辐 射电磁波（光波）。
即：光具有波粒二象性
ppt课件 3
§10.1 光的相干性
1、光的电磁理论要点
光速
光波是电磁波, 电磁波在真空中的传播速度
c
1
0 0
, 介质中 v
c
r r
而
c n r r v
1 nm =10-9 m
4
可见光的波长范围 400 nm — 760 nm
ppt课件
光强 I ——电磁波的能流密度
波 动 光 学
第10章
光的干涉
ppt课件 1
光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素
光的本性是什么？
两种不同的学说 ① 牛顿的“微粒说” 光是由“光微粒”组成 的。 特征：光的直线传播 、反射、折射等 ② 惠更斯的“波动说” 光是机械振动在一种所谓“以太”的 介质中传播的机械波。
特征：光的干涉、衍射和偏振等
r2
D
P x
o
x r2 r1 d sin d tan d D
k x d 当 D ( 2k 1)
干涉加强, x 处为明纹 k=0,1,2,…
2
干涉相消, x 处为暗纹 k=1,2,3,…
11
式中 k 为条纹级次 ppt课件
明纹中心的位置
nr
2
r
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
大学物理光的干涉详解
•
E1
完全一样（传播方向，频率， 相位，振动方向）
6
2. 光的单色性
例:普通单色光
: 10-2 10 0 Å 激光 ：10-8 10-5 Å 可见光 103Å
7
3. 光的相干性
相干光：满足相干条件的几束光
相干条件：振动方向相同，频率相同,有恒定的相位差
相干光相遇时合成光的振动：
nd
k 0,1, 2L
19
注意：① k 等于几，代表第几级明纹。 ② 零级明纹(中央明纹)由光程差=0决定。
暗纹 (2k 1) , k 1，2, 3L
2
k级暗纹位置: x (2k 1) D
nd
k 1，2, 3
注意：k=1第一级暗纹, k=2第二级暗纹…. 无零级暗纹
Imin
-4 -2 0 2 4
-4 -2 0 2 4
衬比度差 (V < 1)
衬比度好 (V = 1)
▲ 决定衬比度的因素：
振幅比，光源的单色性，光源的宽度
干涉条纹可反映光的全部信息（强度，相位）。 15
8. 半波损失：
当光从光疏媒质（折射率较小）入射到光密媒质（折 射率较大）再反射回光疏媒质时，在反射点，反射光损失 半个波长。 （作光程差计算时，在原有光程差的基础上加或减半波长）
干涉结果
明纹： 2k k
2
k 0,1, 2
36
① n1 n n2 ， n1 n n2
2e
n2
n12
sin2
i
2
k
k 1, 2, 3
注意：此处k等于几，代表第几级明纹，这
大学物理光的干涉详解(二)
大学物理光的干涉详解（二）引言：光的干涉是光学中一种重要的现象，它在许多领域都有广泛的应用。
本文将对大学物理光的干涉进行详细的解析，以帮助读者更好地理解和应用光的干涉现象。
正文：一、双缝干涉1. 构造双缝干涉实验装置的基本原理2. 双缝干涉的条件和特点3. 双缝干涉的干涉条纹及其解释4. 双缝干涉的应用：衍射光栅的原理和工作方式5. 双缝干涉实验的注意事项与常见误差分析二、单缝干涉1. 单缝干涉实验的基本原理2. 单缝干涉的条件和特点3. 单缝干涉的干涉条纹及其解释4. 单缝干涉的应用：干涉测量与像差的消除5. 单缝干涉实验的注意事项与常见误差分析三、牛顿环干涉1. 牛顿环干涉实验的基本原理2. 牛顿环干涉的条件和特点3. 牛顿环干涉的干涉条纹及其解释4. 牛顿环干涉的应用：薄膜的测量与分析5. 牛顿环干涉实验的注意事项与常见误差分析四、薄膜干涉1. 薄膜干涉实验的基本原理2. 薄膜干涉的条件和特点3. 薄膜干涉的干涉条纹及其解释4. 薄膜干涉的应用：反射镜、透射镜和干涉滤光片的工作原理5. 薄膜干涉实验的注意事项与常见误差分析五、光栅干涉1. 光栅干涉实验的基本原理2. 光栅干涉的条件和特点3. 光栅干涉的干涉条纹及其解释4. 光栅干涉的应用：光谱仪的工作原理与光谱分析5. 光栅干涉实验的注意事项与常见误差分析总结：通过对大学物理光的干涉的详细解析，我们深入理解了双缝干涉、单缝干涉、牛顿环干涉、薄膜干涉和光栅干涉的原理、特点、干涉条纹和应用。
这些知识对于我们理解光的行为、进行精确测量和应用于实际中都具有重要意义。
在进行干涉实验时，我们需要注意实验装置的搭建和调整，以及可能出现的误差来源，以确保准确的实验结果。
《大学物理教程》郭振平主编第三章光的干涉知识点及课后习题答案
图3-2
如图3-2所示，设薄膜的厚度为 e ，折射率是 n ，薄膜周围介质的折射率是 n1 ，光射入
薄膜时的入射角是 i ，在薄膜中的折射角是 ，透镜 L 将a、b两束平行光会聚到位于透镜焦
平面的观察屏P上使它们相互叠加形成干涉。
当 n n1 时在反射光中要考虑半波损失，反射光中亮条纹和暗条纹分别对应
杨氏双缝干涉：
图3-1
杨氏双缝干涉实验装置如图 3-1 所示，亮条纹和暗条纹中心分别为
x k D ， k 0,1, 2,... ：亮条纹中心 a
x 2k 1 D ， k 1, 2, ：暗条纹中心
2a 式中， a 为双缝间距； D 为双缝到观察屏之间的距离； 为光波的波长。
杨氏双缝干涉条件： a ≈ ； x << D 。
2e
n2
n12
sin 2
i
k
1 2
：亮条纹
2e n2 n12 sin2 i k ：暗条纹 k 1, 2,3, 。
由此可以看出，对厚度均匀的薄膜，在 n 、 n1 、 n2 和 e 都确定的情况下，对于某一波长 而言，两反射光的光程差只取决于入射角。因此，以同一倾角入射的一切光线，其反射相干 光有相同的光程差，并产生同一干涉条纹。换句话说，同一条纹都是由来自同一倾角的入射 光形成的。这样的条纹称为等倾干涉条纹。
中央明纹相位差 0 ，光强 I0 4I1
P 点相位差 ，该点的光强度和中央明纹的光强度之比 4
I cos2 cos2 0.8536
I0
2
8
3-2 在杨氏实验装置中，两小孔的间距为 0.5 mm，光屏离小孔的距离为 50 cm。当
以折射率为 1.60 的透明薄片贴住小孔 S2 时，如图 3-5 所示，发现屏上的条纹移动了 1cm， 试确定该薄片的厚度。
大学物理教程-光的干涉
18.2 杨氏双缝干涉 Harbin Institute of Technology at Weihai
大学物理教程
例2. 用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的彩色光谱？
解: 白光照射时，除中央明纹为白色外，两侧形成内紫外红对称彩色光谱。
当k级红色明纹位置xk红大于k+1级紫色明纹位置x(k+1)紫时，光谱发生重叠。
430
2023/2/26
12
哈尔滨工业大学(威海)
18.2 杨氏双缝干涉 Harbin Institute of Technology at Weihai
1.原理图
相干光的获得：
S1
分波阵面法
d
S2
大学物理教程
x
r1 r2
·p x1 x
o
D
x1
2023/2/26
13
哈尔滨工业大学(威海)
18.2 杨氏双缝干涉 Harbin Institute of Technology at Weihai
18.1.3 相干光的获得
分振幅法
思想: “一分为二”
大学物理教程 分波阵面法
23/2/26
6
哈尔滨工业大学(威海)
18.1 相干光 Harbin Institute of Technology at Weihai
大学物理教程
18.1.3 光程
1. 光程
光在介质中传播，光振动的相位沿传播方向逐点落后，若以 表示光在介' 质中的波长，
大学物理教程
18.3.1 等厚干涉 1. 劈尖（劈形膜）
产生干涉的部件是一个劈尖形状的介质薄片或膜，简称劈尖。
棱边
：104 ~ 105 rad
大学物理教程
例2. 用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的彩色光谱？
解: 白光照射时，除中央明纹为白色外，两侧形成内紫外红对称彩色光谱。
当k级红色明纹位置xk红大于k+1级紫色明纹位置x(k+1)紫时，光谱发生重叠。
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哈尔滨工业大学(威海)
18.2 杨氏双缝干涉 Harbin Institute of Technology at Weihai
1.原理图
相干光的获得：
S1
分波阵面法
d
S2
大学物理教程
x
r1 r2
·p x1 x
o
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18.2 杨氏双缝干涉 Harbin Institute of Technology at Weihai
18.1.3 相干光的获得
分振幅法
思想: “一分为二”
大学物理教程 分波阵面法
23/2/26
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哈尔滨工业大学(威海)
18.1 相干光 Harbin Institute of Technology at Weihai
大学物理教程
18.1.3 光程
1. 光程
光在介质中传播，光振动的相位沿传播方向逐点落后，若以 表示光在介' 质中的波长，
大学物理教程
18.3.1 等厚干涉 1. 劈尖（劈形膜）
产生干涉的部件是一个劈尖形状的介质薄片或膜，简称劈尖。
棱边
：104 ~ 105 rad
大学物理光的干涉
n1 1
n2 1.38
d
n3 1.5
2n 2 d (2k 1) / 2 k 1 2n2 d k
3 7 d 2.982 10 m 4n 2 1 855 nm
k 2 2 412 .5nm k 3 可见光波长范围 400~760nm
波长412.5nm的可见光有增反。
菲涅耳具体提出
波面S
r
dS
各次波在P点引起的 p 合振动由光程差确定
n
1 dA r
dA dS,
并 认 为
且dA随 的增大而减小，
107 .2 n 1 1.0002927 2d 迈克耳孙干涉仪的两臂中便于插放待测样 品，由条纹的变化测量有关参数。精度高。
思考题： 用波长为 的 平行单色光垂直照射图 中所示的装置，观察空 气薄膜上下表面反射光 形成的等厚干涉条纹． 试在装置图下方的方框 内画出相应的干涉条纹 ，只画暗条纹，表示出 它们的形状，条数和疏 密．
则 e
d
l
n
2. 工件表面的凹凸
h
2
h tg
2 2
盯住某一点看，若厚度改变 则附加光程差
若 4. 求劈尖上明纹或暗纹数
e 2
动画 n
k 取k的整数部分 明纹数目 2n d k
M1
微小位移 e ，
则附加光程差 2e
S
1
G1
G2
M1 '
M2
A
2 1 2
（2）在一条光路上加一折射率为n，厚度为 d的透明介质，则引起的附加光程差
n2 1.38
d
n3 1.5
2n 2 d (2k 1) / 2 k 1 2n2 d k
3 7 d 2.982 10 m 4n 2 1 855 nm
k 2 2 412 .5nm k 3 可见光波长范围 400~760nm
波长412.5nm的可见光有增反。
菲涅耳具体提出
波面S
r
dS
各次波在P点引起的 p 合振动由光程差确定
n
1 dA r
dA dS,
并 认 为
且dA随 的增大而减小，
107 .2 n 1 1.0002927 2d 迈克耳孙干涉仪的两臂中便于插放待测样 品，由条纹的变化测量有关参数。精度高。
思考题： 用波长为 的 平行单色光垂直照射图 中所示的装置，观察空 气薄膜上下表面反射光 形成的等厚干涉条纹． 试在装置图下方的方框 内画出相应的干涉条纹 ，只画暗条纹，表示出 它们的形状，条数和疏 密．
则 e
d
l
n
2. 工件表面的凹凸
h
2
h tg
2 2
盯住某一点看，若厚度改变 则附加光程差
若 4. 求劈尖上明纹或暗纹数
e 2
动画 n
k 取k的整数部分 明纹数目 2n d k
M1
微小位移 e ，
则附加光程差 2e
S
1
G1
G2
M1 '
M2
A
2 1 2
（2）在一条光路上加一折射率为n，厚度为 d的透明介质，则引起的附加光程差
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
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波程差
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0
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r1
d sin
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tan
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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
第5章光的干涉-PPT课件
当n1<n2，反射率最小，有较好的增透效果。 如果：n1 n0n2 Rm=0，达到完全增透。
当n1>n2，反射率最大，有最好的增反作用。
由此可以看出，当光学厚度nh为λ0/4的奇数倍 时，薄膜的反射率R有极值。
总结 1、n1h=mλ0/2时， 等价与不镀膜； 2、 n1h=mλ0/4时 若：n1>n2，增反； 若：n1<n2，增透。
干涉条纹的可见度
当 Im= 0时，V＝l ， 条纹最清晰; 当 IM = Im 时，V＝0， 无干涉条纹； 当 0< Im < IM 时，0 ＜ V ＜ 1。 可见度及叠加光强的另一种表示：
2 V
I1I2 cos 2
I2 / I1 cos
I1 I2
1I2 / I1
I I 1Vcos I I1I2
（3）透射光的等倾干涉条纹 两透射光之间的光程差
为：
透射光与反射光的等倾 干涉条纹是互补的。
例子，空气-玻璃界面 的等倾干涉强度分布图 （右hcos2 / 2或者
2h n2 n02 sin2 1 / 2 若：1 2 2nh / 2
当两束光光强相等，有（图示）
I 2 I0 ( 1 c o s) 4 I0 c o s 2 (/2 )
两束自然光的干涉
IIxIyI1I22I1I2co s
总结： 相干条件为： （A）频率相等 （B）振动方向平行 （C）稳定的初相位差 （D）I1≈I2 注意：前三个必须完全满足。
3、反射率的推导过程
A、当光束由n0 介质入射到薄膜上时，在膜内 多次反射，并在薄膜的两表面上有一系列平 行光束射出。
B、反射系数
r1，r2是薄膜上,下表面的反射系数，ϕ 是相邻 两光束间的相位差，且有
当n1>n2，反射率最大，有最好的增反作用。
由此可以看出，当光学厚度nh为λ0/4的奇数倍 时，薄膜的反射率R有极值。
总结 1、n1h=mλ0/2时， 等价与不镀膜； 2、 n1h=mλ0/4时 若：n1>n2，增反； 若：n1<n2，增透。
干涉条纹的可见度
当 Im= 0时，V＝l ， 条纹最清晰; 当 IM = Im 时，V＝0， 无干涉条纹； 当 0< Im < IM 时，0 ＜ V ＜ 1。 可见度及叠加光强的另一种表示：
2 V
I1I2 cos 2
I2 / I1 cos
I1 I2
1I2 / I1
I I 1Vcos I I1I2
（3）透射光的等倾干涉条纹 两透射光之间的光程差
为：
透射光与反射光的等倾 干涉条纹是互补的。
例子，空气-玻璃界面 的等倾干涉强度分布图 （右hcos2 / 2或者
2h n2 n02 sin2 1 / 2 若：1 2 2nh / 2
当两束光光强相等，有（图示）
I 2 I0 ( 1 c o s) 4 I0 c o s 2 (/2 )
两束自然光的干涉
IIxIyI1I22I1I2co s
总结： 相干条件为： （A）频率相等 （B）振动方向平行 （C）稳定的初相位差 （D）I1≈I2 注意：前三个必须完全满足。
3、反射率的推导过程
A、当光束由n0 介质入射到薄膜上时，在膜内 多次反射，并在薄膜的两表面上有一系列平 行光束射出。
B、反射系数
r1，r2是薄膜上,下表面的反射系数，ϕ 是相邻 两光束间的相位差，且有
《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。
物理光学教程 第三章 光的干涉
2 2
(3(3-26)
= I1 + I 2 + 2 I1 I 2 cos( )
2. 干涉强度分布特点
(1) 等强度面 (2) 峰值强度面 (3) 干涉强度的空间频率和空间周期 (4) 二 维观察平面上的强度分布— 维观察平面上的强度分布—干涉图形 (5) 干涉条纹的反衬度
3. 平面波在薄膜波导中的传输
3.1.3 双光束干涉的基本条件
1. 干涉场强度
根据光的干涉的定义, 根据光的干涉的定义,干涉场中光能量密度的空间分布是干涉现象 是否存在的判据. 是否存在的判据.
2. 干涉项
干涉项不为零的条件是: 干涉项不为零的条件是:
ω2 = ω1
E10 E20 ≠ 0
(3(3-22) (3(3-23) (3(3-24)
第三章
§3.1 干涉的基本 理论
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 波的叠加原理 光波叠加综述 双光束干涉的基本条件 两个平面波的干涉 两个球面波的干涉
光的干涉
§3.3 分振幅干涉
3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 干涉条纹的定域性质 平行平板的等倾干涉 楔形板和薄膜的等厚干涉 双臂式分振幅干涉仪及其应用
薄膜波导又称为平面波导,是一种重要的集成光学器件,它根据集成电路原理, 薄膜波导又称为平面波导,是一种重要的集成光学器件,它根据集成电路原理, 将各种独立的光源器件,光放大器件,光调制器件, 将各种独立的光源器件,光放大器件,光调制器件,光耦合器件以及光接收器 件等,以薄膜的形式集成在同一基底上,形成具有某种功能的微光学系统. 件等,以薄膜的形式集成在同一基底上,形成具有某种功能的微光学系统. 上一页 下一页 返回
2. 时间相干性
(3(3-26)
= I1 + I 2 + 2 I1 I 2 cos( )
2. 干涉强度分布特点
(1) 等强度面 (2) 峰值强度面 (3) 干涉强度的空间频率和空间周期 (4) 二 维观察平面上的强度分布— 维观察平面上的强度分布—干涉图形 (5) 干涉条纹的反衬度
3. 平面波在薄膜波导中的传输
3.1.3 双光束干涉的基本条件
1. 干涉场强度
根据光的干涉的定义, 根据光的干涉的定义,干涉场中光能量密度的空间分布是干涉现象 是否存在的判据. 是否存在的判据.
2. 干涉项
干涉项不为零的条件是: 干涉项不为零的条件是:
ω2 = ω1
E10 E20 ≠ 0
(3(3-22) (3(3-23) (3(3-24)
第三章
§3.1 干涉的基本 理论
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 波的叠加原理 光波叠加综述 双光束干涉的基本条件 两个平面波的干涉 两个球面波的干涉
光的干涉
§3.3 分振幅干涉
3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 干涉条纹的定域性质 平行平板的等倾干涉 楔形板和薄膜的等厚干涉 双臂式分振幅干涉仪及其应用
薄膜波导又称为平面波导,是一种重要的集成光学器件,它根据集成电路原理, 薄膜波导又称为平面波导,是一种重要的集成光学器件,它根据集成电路原理, 将各种独立的光源器件,光放大器件,光调制器件, 将各种独立的光源器件,光放大器件,光调制器件,光耦合器件以及光接收器 件等,以薄膜的形式集成在同一基底上,形成具有某种功能的微光学系统. 件等,以薄膜的形式集成在同一基底上,形成具有某种功能的微光学系统. 上一页 下一页 返回
2. 时间相干性
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(2) 若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离.
解 （1）明纹位置
条纹间距 x14
xk
D d
x4 x1 k , NhomakorabeaD d
k4
k
0,
k1
1, 2,
统一单位！
d D
x14
k4 k1
0.2 103 1
7.5103 3
500nm
（2）
x
D d
1 0.2 103
600109
3.0
mm
§15-4 光程
涉条纹的疏密程度.
(2) 必须很小，否则干涉条纹过密，将观察不到明显的干涉现象.
2 劳埃德镜
P'
P
s1
d
s2
ML
D
当把屏幕移到镜子处时,屏与镜的交点处应是明纹?暗纹?
半波损失 ：当光从光速较大的介质(光疏媒质:n 小)向光速较小的介质(光密媒质:n大)表面入射时,反
射光的相位较之入射光的相位跃变了π ， 相当于反
§15-3 分波前干涉 典型实验-杨氏双缝实验
1、实验装置
缝间距 d=0.1mm0.2mm
d指两缝中心距
S1 *
S*
缝屏距 D 1m5m
S2 *
近似条件 D d
很小
tan sin
缝
屏
2、条纹特点: 1)以两缝中心为对称点,出现明暗相间、平行等间 距直条纹。中心为明纹。
2)当入射波长不同时，条纹间距不同 条纹间距与波长成正比
代入位相差与光程差关系:
2
1
2
r
当
I1 I2 I0
I
2I0 (1
cos
2
r)
4I0
cos2
r
利用半角的三角函数 1 cos cos2
2
2
屏幕上光强随两束入射光程差的变化
I
4I0
cos2
r
r k 处 ， I 4I0 明纹
r
(2k
1)
2
I 处， 0
暗纹
干涉使光的能量重新分布 ，但总能量是守恒的 。
tan
x D
S1
S
d 2
•A
r1 r2
D
P
x
o
k
明条纹
d
x D
(2k
1)
2
暗条纹
k 0,1,2,
x
k
D
d
(2k 1)
屏上明条纹位置
D
2d 屏上暗条纹位置
k 0,1,2,
明纹：相长干涉，合振幅最大
波程差： d sin k, k 0,1,2,…
相位差:
条纹中 心位置:
2 2k ,
x D
d
思考：
1.缝间距d不断增大时，干涉条纹如何变化？
在波长和D不变时，干涉条纹向中间密集。
2.入射光波长增大时，干涉条纹如何变化？
在D,d不变时, 随波长增大， 干涉条纹间距增大
屏上光强分布
A2 A12 A22 2 A1A2 cos(2 1)
I I1 I2 2 I1I2 cos(2 1)
1)相邻明纹 (或暗纹 )间距-相等
等间距!
x
k
D d
x
xk 1
xk
(k
1)
D d
k
D d
D d
2)通过 D、 d和条纹间距的测量 ，可以测量光的 波长
3 当用白光照射双缝时 ，除中央明纹外 ，其它各级明纹均为 彩色条纹 .同一级条纹按波长排列,不同级次条纹重叠.
若用激光(单色光）：
n= -3 -2 -1 0 1 2 3
射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为 半波损失.
实际处理:写完两束光的实际几何波程差外,再加上一项
2
几何波程差
r2 r1 2
相位差
2 1
在整个光的干涉中都是很重要的一个概念！
例1 以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与 屏幕的垂直距离为1m.
(1) 从第一级明 纹 到同侧 的第四级明 纹的距离为 7.5mm,求单色光的波长;
S2
h 原中央明纹向哪边移动？
r1
r2
§15-5 分振幅干涉-薄膜干涉
薄膜干涉
在膜的上下表面
反射的光程差
' n2 AB BC n1AD
i设 为入射角， 为折射角。
屏
垂直入射
b.
F
c.
.a .b c.
屏 F
倾斜入射
例 2、一双缝其中之一缝被折射率为 1.50的薄玻片 所遮盖 ， 玻片插入后 ，屏上原中央明纹处被第六 级明纹所占据 ，设 波长 =550mm，求玻片厚度 h。
解∶ 又因为
r2r2r1h
nh r1
k6
k
h
k
n1
S1
6550 1.501
6.60m
3)当白光入射时，除中央为白色明条纹外，两 侧为彩色条纹，不同级次条纹会发生重叠。
S1
r1
S aQ
P x o
点 光
S 2 R r2
I
源
D
单双
屏
缝缝
3、定量计算
S1
S
d 2
•A
r1 r2
D
r1 S1P
(x d )2 D2 2
r2 S2P
(x d )2 D2 2
•
P
x
o
r22
D
r12
2 2
r2
2 1
r1
r1， n1
2
(n2r2
n1r1 )
S1
P
S2
1、光程 ∶光所经过的几何路程与所在
媒质折射率的乘积
r2， n2
2、光程差 n2r2 n1r1
干涉加强﹑减弱条件
以后一律写光程差
n2r2 n1r1
k
干涉加强
(2k
1)
2
-真空中波长 干涉减弱
k 0,1,2,
二 、透镜不引起附加的光程差 a.
d
(r2 r1)(r2 (r2 r1) 2D
r1 )
2xd (r2
r1 )
xd D
两相干光到 达屏上任意 点 P的光程差 为∶
r2 r1 d sin d sin k k 0,1,2, 明条纹
S1
S
d 2
•A
r1 r2
D
P
x
o
d
sin
(2k
1)
2
暗条纹
k 0,1,2,
sin
S1
S
d 2
r
•A
r1 r2
D
P
x
o
4I0
2I0 I0 3 2 O 2 3 4 r
杨氏双缝干涉的光强分布
§15-3.2其它分波前干涉 1、菲涅耳双镜(反射光的干涉)
S
x
•
M1 r
S• 1
d 2
O
•
S2
M2
r cos
L
➢说明
(1) 调节两平面镜之间的夹角 ，可改变S1和S2间距，从而改变屏幕上干
光在不同的媒质中传播时,波速v及波长均改变.
v c n
n
n
定义光程,将不同媒质中光走过的实际几何路 程依照相位变化相同的原则,折合到真空中再进 行比较。
一 、光程
真空中 ∶
2
r
媒质(折射率为n )中光速 ∶
Vn
c n
n
Vn
c
n
n
频率
为媒质中波长 n
2 n
r
2
nr
光在介质中传播路程 r 和在真空中 传播路程 nr 引起的相位差相同。我们称 nr为介质中与 路程 r 相应的光程。
x k D ,
d
k 0,1,2,… k 0,1,2,…
暗纹：相消干涉，合振幅最小
波程差： δ d sin ( 2k 1) λ k 0,1,2,3,…
2
相位差: 2 (2k 1) , k 0,1,2,3,…
条纹中 心位置:
x (2k 1) D
2d
k 0,1,2,3,…
4、讨论 ∶