光的干涉A.ppt

明纹 暗纹
3.讨论：
对应于k=0的明纹称为中央明纹, 对应于k=1, k=2,称为第一级, 第
二级，明纹
相邻两明(或暗)纹的间距
x
xk 1
xk
D
d
----明暗相间的等间隔条纹
一定时
d 或D d 或D
x ----条纹变稀疏 x ----条纹变密集
d和D一定时
x
x
白光照射：中央明纹为白色，其它 各级为彩色，内紫外红
1.58 1
另解： 光程差每改变一个，条纹移动一条
因r2光程未变，r1改变了(n-1)x
(n 1)x N
x N 5.46106 m
n 1
§17-4 薄膜干涉---等倾条纹
一.薄膜干涉
1.反射光干涉
iD
n1
光程差
e
A
C n2 n1
2n2 AB e
AB
cos
n1
AD
2
AD ACsin
B
i
2etg
n1
sin i
根据折射定律
2n2
e
cos
n1 sin i
2n1etg
n2
sin
sin i
2
2n2e (1 sin2 )
cos
2
2n2ecos 2
n2 cos n2 1 sin 2 n22 n12 sin2 i
2e
n22
n12
sin 2
i
2
明、暗区条件
屏幕
透镜
S
反射板
ii
薄膜
屏幕
透镜
S
反射板
ii
薄膜
e增大，则k增大，圆环中心处有圆 环冒出；e减小，则k减小，圆环中
心处有圆环吞入。
垂直入射时有
2n2e
2
k
(2k 1)
2
----明 ----暗
2.透射光干涉
C
n1
光程差
e
B
' 2e n22 n12 sin 2 i
n2 n1 n1
透射光明、暗区条件
如薄膜干涉
§17-2 双缝干涉
一.杨氏双缝实验 1.装置原理
S1
Sd
S2
2.干涉明暗条纹的位置
P
S 波程差
r1
S1
d
r2
S2
r2 r1
D
x
0
r2
r1
d sin
dtg
d
x D
d
x D
k
(2k 1)
2
极大
极小
可得干涉明暗条纹的位置
x
k D
d
2k 1
D
2d
其中 k 0, 1, 2, 3
光源
(1)热光源发光特点 激发态上电子的寿命
~ 1011 108 s 发光持续时间 ~ 108 s 激发 辐射
发光是间歇的光波 列 ----长度有限、频率一定、振
动方向一定的光波
不同原子激发、辐射时彼此没有联 系
----同一时刻各原子发出光波的 频率、振动方向和相位各不相 同
同一原子不同时刻所发出的波列， 振动方向和相位各不相同。
研究光的波动特性： 干涉、衍射、偏振
§17-1 光的单色性和相干性
一.光源 1.定义：发光体称为光源。
2.可见光是电磁波谱的一个组成部分,
其波长范围为：4000
A
~
7600
A
光波：4.31014 7.5的10电14 H磁z 波
色散：红橙黄绿青蓝紫
单色光：具有单一频率的光波
3.光源的分类 按光的激发方法分为：热光源和冷
λ=6.32810－7m的光照射,发现中
央明纹向上移动了5条,求薄膜厚度。
解：P点为放入薄膜 x 后中央明纹的位置 S1
d
r1
P
r2
r2 (r1 x nx) 0 S2
0
又因P点是未放薄膜时第N级的位置
r2 r1 N
可得：
x N
n 1
x
S1
d
r1
P
r2
0
S2
5 6.328107 5.46106 m
' 2e
n22 k
n12 sin 2 i 0,1,2
(2k
k
1)
2
---明 ---暗
反射光和透射光互补，反射光干涉
加强时，透射光干涉减弱。
[例2]在白光下，观察一层折射率为
1.30的薄油膜，若观察方向与油膜
表面法线成300角时，可看到油膜呈
蓝色(波长为480nm), 试求油膜的最
小厚度，如果从法向观察，反射光呈
k
2k
1
2
讨论：
k 1,2, ----明
k 0,1,2,----暗
ห้องสมุดไป่ตู้
由 知(i，) 光程差是入射角的函数
，即光源不同位置发出的光，只要倾
角相同，均对应同一干涉级k。
----等倾干涉
等倾干涉条纹是 一组明暗相间的同 心圆环，圆环分布 内疏外密；半径大
的圆环对应的i大， 而干涉级k低。
S
ii
i
i
的单色光照射，求十条干涉明纹之间 的距离；(2)以白光照射，出现彩色 干涉条纹，求第二级光谱的宽度。
二.菲涅耳双面镜实验
等效为两个虚光源光的干涉
----明暗条纹分布与杨
S
氏双缝实验相同
S1
M1
E
A
C
S2
B
M2
三.洛埃镜实验 光在镜面反射时有半波损失
----结果与杨氏双缝实验相反
E'
E
S1
S2
M
? 暗纹
§17-3 光程与光程差
一.光程
设c为光在真空中的传播速度，v为 光在折射率为n的媒质中的传播速度
由折射率定义 n c v
t时间内，光在介质中传播的距离
r vt c t
n
t时间内，光在真空中传播的距离
ct nr
光程：光在某一媒质中走过的几何
路程r与该媒质折射率n的乘积nr。
n
介
真
质
空
中
中
r vt
nn nr
意义：将媒质中的路程折算成真空 中的路程，以便比较。
光程差： n2r2 n1r1 相位差： 2
r1 n1 r2 n2
：光在真空中的波长
[补例]如图,在S2P间插入折射率为n、 厚度为e的媒质。求:(1)光由S1、S2 到P的相位差Δφ;(2)若未放媒质时,x
光强分布
6
I I1 I2 2 I1I2 cos 4
----I1、I2为两相干光
2
I
单独在P点处的光
0
强
2
若 I1 ，I2则
4
明纹光强 Imax 4I1
6
暗纹光强 Imin 0
[补例]在杨氏双缝干涉实验中，设两
缝间距d=0.2mm， 屏缝间距 D=100cm。(1)以波长为589.0nm
处为明纹,问放置媒质后,该条纹向哪
个方向移动？
p
S1
r1
n
r2
S2
e
二.透镜的等光程性
AF和CF在空气 A
中传播距离长，在 透镜中传播的距离
B
F
短BF则相反
C
AF、CF和BF的光程相等，它们会 聚在F点，形成亮点
透镜不会引起附加的光程差。
[例1]在杨氏双缝实验中,用折射率
n=1.58的透明薄膜盖在上缝上,并用
(2)冷光源发光特点：利用化学能、 电能或光能激发的光源。
4.相干性
两个独立的光源发出的光或同一光 源的两部分发出的光都不是相干光 同一原子同一次发出的光在空间相 遇时是相干光
二.相干光的获得方法 分波阵面法：从同一波阵面上取出
两部分作为相干光源。 如杨氏双缝实验
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