1光的干涉
光的干涉与衍射的现象与公式
光的干涉与衍射的现象与公式在物理学中，光的干涉与衍射是两种常见的光现象，它们具有不同的特点和应用。
本文将探讨光的干涉与衍射的基本概念、现象以及相关的公式。
一、光的干涉现象与公式光的干涉是指两束或多束光波相遇时产生的相互作用。
干涉可以分为干涉条纹的产生和干涉的条件两个方面。
1. 干涉条纹的产生当两条相干光波相遇时，它们会相互干涉形成一系列的亮暗条纹，称为干涉条纹。
这是因为两束光波以相同的频率、相同的相位或相干长度相遇，其光强的叠加会出现干涉现象。
2. 干涉的条件光的干涉需要满足以下几个条件：a. 光源必须是相干光源，即光波的频率和相位相同。
b. 光波的干涉路径差应小于波长的一半。
关于干涉现象的描述和分析，我们可以使用以下公式：1. 干涉条纹的宽度公式干涉条纹的宽度可以通过以下公式计算：Δx = λL/d其中，Δx表示干涉条纹的宽度，λ为入射光波的波长，L为光源到屏幕的距离，d为狭缝或介质的厚度。
2. 杨氏双缝干涉公式杨氏双缝干涉公式描述了双缝干涉条纹的位置和间距：y = mλD/d其中，y表示干涉条纹的位置，m为干涉级数，λ为光的波长，D为两缝到屏幕的距离，d为两缝的间距。
3. 薄膜干涉公式薄膜干涉是指光线穿过薄膜发生的干涉现象，可以用以下公式描述：2nt = (m + 1/2)λ其中，n为薄膜的折射率，t为薄膜的厚度，m为暗纹的干涉级数，λ为入射光的波长。
二、光的衍射现象与公式光的衍射是当光波通过一个小孔或物体的边缘时，会发生弯曲和弥散的现象。
衍射的大小与光的波长和衍射物体的尺寸相关。
1. 衍射公式光的衍射可以使用弗能尔衍射公式来进行描述：a sinθ = mλ其中，a为衍射孔的尺寸，θ为衍射角，m为衍射级数，λ为入射光的波长。
2. 单缝衍射公式单缝衍射是一种常见的衍射现象，可以通过以下公式来计算条纹的位置和间距：y = mλL/a其中，y表示条纹的位置，m为衍射级数，λ为入射光的波长，L为光源到屏幕的距离，a为衍射孔的宽度。
光的干涉与衍射的原理及应用
光的干涉与衍射的原理及应用光的干涉与衍射是光学中重要的现象，它们揭示了光的波动性质和粒子性质。
本文将详细介绍光的干涉与衍射的原理，并探讨它们在各个领域的应用。
一、光的干涉原理干涉是指两个或多个光波碰到一起产生的干涉现象。
其基本原理是根据光波的叠加原理，当两个光波相遇时，会产生相干干涉。
相干干涉是指两个光源发出的光波具有相同的频率、相同的相位和相同的偏振态。
干涉分为构成干涉的两类光程差干涉和非构成干涉。
光程差干涉是指光波传播过程中的光程差导致的干涉现象。
常见的光程差干涉有薄膜干涉、等厚干涉和菲涅尔双缝干涉等。
薄膜干涉是指当光波从一种介质射入另一种介质时，由于两种介质的折射率不同，产生了光程差，导致干涉现象。
这种干涉在光学薄膜、光学涂层等领域有广泛应用。
等厚干涉是指在平行光束通过一块等厚的透明介质时产生的干涉现象。
该现象常见于光学平板、平行玻璃板等实验中，被广泛应用于光学测量和制造领域。
菲涅尔双缝干涉是指通过两个毗邻的狭缝之间形成的干涉条纹。
这种干涉广泛应用于天文测量、光学测距和光学薄膜等领域。
二、光的衍射原理衍射是指当光波通过一个遮挡物或障碍物时，波的传播方向改变并产生弯曲现象。
光的衍射是光学现象中最典型的波动效应之一。
光的衍射可由衍射公式描述，衍射公式由菲涅尔衍射积分表达式推导而来。
光的衍射与光的波长、遮挡物的大小和形状以及观察点的位置有关。
常见的衍射现象有单缝衍射、双缝衍射和圆孔衍射等。
单缝衍射是指当一束平行光通过一个狭缝时，波的传播方向会发生偏转并产生在屏上形成模糊的亮暗条纹。
这种衍射在光学实验中用于测量光的波长和衍射角度。
双缝衍射是指当一束平行光通过两个紧邻的狭缝时，光波在屏幕上形成明暗交替的干涉条纹。
双缝衍射常用于测量波长和角度以及研究光的干涉特性。
圆孔衍射是指当一束平行光通过一个小孔时，光波发生弯曲现象并在后方形成一个明亮的圆形区域。
这种衍射常用于天文学、显微镜和光学成像等领域。
三、干涉与衍射的应用1. 显微镜：干涉技术被广泛应用于显微镜中，可以提高显微镜的分辨率和清晰度，使得观察者可以观察到更小的细节。
光的干涉 知识点总结
鉴于 0，L0是决定光场纵向相干性的特征量，人们称 0为相干时间（coherent time） L0为相干长度（coherentlength） 光场中这类相干性称为时间相干性 (temporal coherence)
光场的空间相干性
光场的空间相干性是指在光源照明空间中横向任意两点位置处的光场U~1 和U~2 之间的相干
I 0(1
sin v v
cos k0L)
其中
v
k 2
L
则
(L) sin v
sin
k 2
L
k
第一次出现 此时 求得
0时的光程差称为最大光 程差LM k L / 2
LM ＝2 / k 2 /
准单色光持续发光时间有限，因而发射的波列长度是有限的，相邻波列之间相位关系是随机
的。
L0 c 0
(5)干涉条纹间距公式
由 I(x ,y )
I 0(1
cos(k
d D
x ))，k
d D
x
2
d D
x
2j
得 x j
j
D d
条纹间距：
e
(j
1)
D d
j
D d
D d
(６) 干涉条纹的物理意义： 光程差
r2 r1 m
时
亮条纹；
r2
r1
(m
1 2
)
时
暗条纹；
物理意义：
1、干涉条纹代表着光程差的等值线。
分波前干涉（将波前先分割再叠加，叠加广场来自同波源具有相同初始位相） 分振幅干涉（将光的能量分为几部分，参与叠加的光波来自同一波列，保证相位差 稳定） 杨氏双孔干涉实验：两个球面波的干涉 (1) 杨氏双孔干涉实验装置及其历史意义
第三章光的干涉1
2.两个频率、振动方向相同，传播方向相反的光波的迭加 设这两个标量波的振幅相同，其波函数为：
E1(z, t) E0 exp[ j(kz t 10)] E2(z, t) E0 exp[ j(kz t 20 )]
叠加后的波函数为：
E(z,t) E1(z,t) E2(z,t)
2E0
cos(kz
sin
2
2
sin
2
当考察点沿f方向移动一个距离p时，恰好使m所改变量为1， 则称p为等强度面的空间周期。
由前式知：
p 1 f 2sin( / 2)
显然：p的物理意义是：两个强度相度相同的相邻等强度面之 间的距离。
（4）.接收屏上的强度分布——干涉图形
考虑在干涉场中放入平面状观察屏П ，则其上将呈现辐照度按 余弦规律变化的直线型干涉条纹如图示：
干涉场强度在空间呈周期性分布，可以用空间频率和空间 周期来描述。
在最大强度处：
(k2
k1)
r
(20
10
)
2m
知：当考察点在空间移动距离r 时，干涉级m的改变量为：
m
1
2
(k2
k1 )
r
由此，我们定义两束平面波干涉场强度分布的空间频率：
f
1
2
(k2
k1)
则 m f r
显然：f 的方向 取决于两光波传播矢量之差 k2 k1的方向，
则干涉场强度：
I(r)
(E1
E2
)
(E1*
E2*
)
E1 E1* E2 E2* E1 E2* E1* E2
E1 E1* E2 E2* E1 E2* E1* E2
2 2
E10
E20
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。
第3章 光的干涉1
nr
λ’
r λ
nr 这表明，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。 只从相位变化看问题：媒质中的行程 r ，折合到真空中 的长度是 n r。 光程：光在媒质中传播的波程与媒质折射率的乘积。
nr
光线穿过多种媒质时，其光程为：
r1 r2 n1 n2
ri ni
rn nn
/d 2 /d sin
x1
x2
k
x
七、讨论
1.条纹间距与各量之间的关系
a. x r1 S1 S d r2 D S2 P x
O
x
D
d
b. d x
x
P x
D
D
d
o
S
S1 d S2
r1
r2
O
I
d x
S
S1 d S2
r1
r2
D
P x
总结干涉问题分析的要点：
（1）搞清发生干涉的光束； （2）计算波程差（光程差）； （3）搞清条纹特点： 形状、 位置、 级次分布、条纹移动等； （4）求出光强公式、画出光强曲线。
八. 其他分波面干涉实验
分波面法获得相干光
在同一波面上两个不同的部位发出的光 产生干涉的方法称为分波面法。
又如：菲涅耳双面镜、劳埃镜。
o
d
例3.在图示的双缝干涉 n1 r1 S1 实验中，若用薄玻璃片 d ( 折射率n1 =1.4 ) 覆盖缝 o S1 ，用同样的玻璃片 r2 （但折射率n2＝1.7）覆 S2 n2 盖缝 S2 ，将使屏上原来 未放 玻璃时的中央明条纹所在处 o 变为第五 条明纹，设单色光波长 l = 480nm ，求玻璃 片的厚度d（可认为光线垂直穿过玻璃片）。
第一章光干涉
光程差为两束光的光程之差。
L2 L1 n2r2 n1r1
例 在相同的时间内，一束波长为的单色光在空气中
和在玻璃中
（A）传播的路程相等，走过的光程相等。
（B）传播的路程相等，走过的光程不相等。
（C）传播的路程不相等，走过的光程相等。
（D）传播的路程不相等，走过的光程不相等。
解：光在某媒质中的几何路程r与该媒质的折射率n的乘积 nr
r2
r1
(2 j 1)
2
(暗纹)
相长
r r 常量，干涉花相样长 为双叶螺旋双 曲面
2
1
同级条纹为旋 转双曲面
相长
如果是双缝干涉，则 相长
屏上条纹是直纹。
相长 如果s1s2相差不恒定, 则条纹是高速变化。 相长 无条纹.
1.3 分波面
双光束干涉
p
分波面法(杨氏)
S*
分振幅法
S*
分振动面法(5.9)
r2
s2
E1 A01 cos[t 10]
E2 A02 cos[t 20] s1
r1
P
r2
两波传至P点，引起两个振动：
s2
E1 p
A01
cos[(t
r1 ) v1
10 ]
E2 p
A02
cos[(t
r2 v2
) 20 ]
1
2
( r2
v2
r1 v1
)
(10
20 )
( r2
v2
r1 v1
) (10
二、干涉图样的形成：
then: I A2 A2 A2 2A A cos
1
2
12
2
1
光的干涉、衍射和偏振
光的干涉、衍射和偏振
1．光的干涉
(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象．
(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定．
(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹．
2．光的衍射
发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．
3．光的偏振
(1)自然光：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．
(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光．
(3)偏振光的形成
①让自然光通过偏振片形成偏振光．
②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光．
(4)光的偏振现象说明光是一种横波．
第1页共1页。
光的干涉
3、关于光在竖直肥皂液薄膜上产生的干涉现象，下列说 法中正确的是（ A、 ）C A.干涉条纹的产生是由于光在薄膜前后两表面发生反射， 形成的两列光波叠加的结果 B.若出现明暗相间的条纹相互平行，说明肥皂膜的厚度是 均匀的
C.用绿色光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄光照射间距
小 D.薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的
3 2
五、薄膜干涉 肥皂泡看起来常常是彩 色的，雨后公路积水上 面漂浮的油膜，看起来 也是彩色的。这些现象 是怎样形成的呢？
观察肥皂薄膜上干涉条纹
1.薄膜干涉的成因
如图所示，竖直放置的肥皂薄膜由于
受到重力的作用，下面厚、上面薄.因 此,在薄膜上不同的地方，从膜的前、 后表面反射的两列光波叠加,在某些位 置,这两列波叠加后互相加强,出现亮 条纹;在另一些地方,叠加后互相削弱, 出现暗条纹.故在单色光照射下,就出
暗条纹形成的原因
双缝 屏幕
取P点上方的点Q1，与两个狭缝S1、 S2路程差δ= Q1 S2－ Q1 S1＝λ/2 当其中一条光传来的是波峰，另 一条传来的就是波谷，其中一条 光传来的是波谷，另一条传来的 一定是波峰，Q1点总是波峰与波 谷相遇，振幅最小，Q1点总是振 动减弱的地方，故出现暗纹。
S1 S2
3λ/2
δ= 3λ/2
以此类推
当光程差δ= 半波长的奇数倍时出现暗纹
双缝
屏幕
Q3 第三暗纹 Q2 第二暗纹
δ=5λ/2
δ=3λ/2 δ=λ/2 δ=λ/2
S1 S2
Q 1 第一暗纹
Q1 / 第一暗纹 Q2 / 第二暗纹 Q3 / 第三暗纹
δ=3λ/2 δ=5λ/2
总结规律
（1）空间的某点距离光源S1 和S2的路程差为0、1 λ、2 λ、3 λ、等波长的整数倍 （半波长的偶数倍）时，该点 为振动加强点。 （2）空间的某点距离光 源S1和S2的路程差为λ /2、3 λ/2、5λ/2、等 半波长的奇数倍时，该点 为振动减弱点。
光的干涉和光的衍射
光的干涉和光的衍射光的干涉是指两束或多束相干光波相互叠加时，它们在空间中某一点相遇时产生的光强分布现象。
光的衍射是指光波遇到障碍物或通过狭缝时，光波在障碍物或狭缝周围发生弯曲、扩展和干涉的现象。
一、光的干涉1.干涉现象的条件–光源发出的光为单色光或频率非常接近的多色光。
–光束经过不同路径传播后相遇。
–光束相遇时要有相位差。
2.干涉条纹的特点–等距性：干涉条纹间距相等。
–亮暗相间：干涉条纹由亮条纹和暗条纹组成。
–叠加性：多束干涉光相遇时，各自干涉条纹叠加形成新的干涉条纹。
3.干涉实验–双缝干涉实验：通过两个狭缝，观察光在屏幕上的干涉现象。
–迈克尔逊干涉实验：利用分束器将光分为两束，分别经过不同路径后再次合并，观察干涉现象。
二、光的衍射1.衍射现象的条件–光源发出的光波遇到障碍物或通过狭缝时发生衍射。
–障碍物或狭缝的尺寸与光波波长相当或更小。
–观察衍射现象时，衍射光束要有足够的光程差。
2.衍射条纹的特点–衍射条纹是光波传播路径的积分结果，具有明显的弯曲和扩展现象。
–衍射条纹间距不固定，取决于光波波长和障碍物或狭缝的尺寸。
–衍射条纹可以是明暗相间的，也可以是亮度分布的。
3.衍射分类–单缝衍射：光通过一个狭缝时的衍射现象。
–多缝衍射：光通过多个狭缝时的衍射现象。
–圆孔衍射：光波通过圆形孔洞时的衍射现象。
–菲涅尔衍射：光波从一种介质进入另一种介质时的衍射现象。
4.衍射的应用–衍射光栅：利用光的衍射原理，制造出具有周期性结构的衍射光栅，用于光谱分析、光学仪器等。
–光纤通信：利用光在光纤中的衍射现象，实现高速、长距离的通信。
–激光技术：激光的产生和传播过程中，衍射现象起着关键作用。
光的干涉和光的衍射是光学中的重要现象，它们在生活中和科技领域有着广泛的应用。
通过学习光的干涉和光的衍射，我们可以深入了解光的本质和光波的传播规律。
习题及方法：1.习题：双缝干涉实验中，若将其中一个狭缝关闭，则观察到的现象是什么？•双缝干涉实验中，两束相干光波相遇产生干涉现象，形成明暗相间的干涉条纹。
光的干涉(共30张PPT)
r1
激光束
S 四、明（暗）条纹的间距
（2）当路程差为半波长的奇数倍时，形成暗条纹。 1
室内的白炽灯是各种独立的光源，不符合产生干涉的条件。 光的干涉
do 通过实验初步认识薄膜干涉现象，了解其应用。
r2
1、产生稳定干涉的条件：两列光的频率（颜色）相同。
S M 四、明（暗）条纹的间距
D．单色光f1照射时出现暗条纹,单色光f2照射时出现明条2纹
后面的屏上观察光的干涉情 况。
新课内容
二、双缝干涉图样
单色光
白光
新课内容
二、双缝干涉图样
图样有何特征？
屏
单色激光束
暗条纹的中心线
S1
暗条纹的中心线
亮条纹的中心线
S2
亮条纹的中心线
中央亮条纹
双缝
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？
单色激光束
新课内容
三、决定明暗条纹的条件
第十三章 光
肥皂泡呈现五颜六色的原因是什么？
第3节
光的干涉
学习目标
1．通过实验观察认识光的干涉现象，知道干涉现象是光的波动性证 据。 2．理解光的双缝干涉现象的产生原理。知道光屏上出现亮条纹和暗 条纹的条件。
3.掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程。
4.观察双缝干涉图样，掌握实验方法。
5.通过实验初步认识薄膜干涉现象，了解其应用。
x l
d
新课内容
五、光的干涉应用
1.薄膜干涉---肥皂泡上的彩色条纹
此处发 生干涉 现象
空气
a b
S
B
A
薄膜
薄膜前后两个面的反 射光发生了干涉
《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。
光学第1章光的干涉(第3讲)
第一章 光的干涉
一、干涉条纹的可见度
可见度（也称对比度、反衬度）的定义：
讨论：
V Imax Imin Imax Imin
1、当Imin=0时（暗纹全黑），V=1，条纹反差最大，清晰可见；
2、当Imax=Imin时，V=0，条纹模糊不清，不可辨认； 3、V与两相干光相对强度、光源的大小和光源的单色性有关；
1N
§1.4 条纹的可见度
第一章 光的干涉
I 合成光强
I 合成光强
b
y
y
结论： b ，条纹可见度下降。
临界宽度
§1.4 条纹的可见度
第一章 光的干涉
相距为d’ 的两个线光源S与S’ ，在相同点P0的光程差
分别为S与S’，两者间关系为：
S'
S
d'd r0 '
d'd
若
r0' 2
则S与S’分别产生的两组干涉花样刚好明暗相反，
明条纹宽度： y j r0
d
（2）干涉条纹可见度下降。
y增大，则条纹可见度下降。
波长为+的第j级条纹与波长为的第j+1级条纹重合，
则条纹可见度下降为0。
( j 1) j( )
最大光程差（又称相干长度）
jmax
max j( ) 2 /
§1.4 条纹的可见度
第一章 光的干涉
屏上出现均匀亮度。
设扩展光源的宽度为
b0
2d '
r0'
d
将扩展光源分成相距为d’的一对对线光源，每一对线光源
在屏幕上产生相反的干涉花样，则最终屏幕上亮度均匀。
b0称为临界宽度。
第一章光的干涉
2
1
0
[ A1 A 2 2 A1 A 2 cos( 1 2 )] dt A1 A 2
2 2 2
2
29
1.3 分波面双光束干涉
二、获得相干光的方法 典型干涉实验
1、获得相干光的方法：
• 一个原则：在任何时刻到达观察点的应该是 同一批原子发射出来，经过不同光程的两列波。 各原子的发光尽管迅速改变，但是任何相位改 变总是同时发生在这两列波上，因而它们到达 同一观察点时总是保持着不变的相位差。 • 两种办法：分波面和分振幅
二、 干涉现象
干涉是波动过程的一个基本特征。凡是能产生干 涉的现象，都可认为该现象具有波动性。
两列或两列以上波叠加，如果两波频率 相同，在观察时间内波动不中断，而且在相 遇处振动方向几乎沿着同一直线，那么它们 叠加后产生的合振动可能在有些地方加强， 在有些地方减弱，这一强度按空间周期性变 化的现象称为干涉。干涉所形成的整个图样 称为干涉图样。 7
则，二列光波在空间叠加后，同一级条纹的空间各点 几何位臵应满足条件：
r2 r1 常数
这些点的轨迹是以S1、S2为轴线的双叶旋转双曲面， S1、S2为双曲面的两个焦点. 23
二．干涉图样的形成
２、两个单色点光源干涉图样的形状
令
整个干涉花样在空 间分布的大致轮廓
双曲面和光屏面的交线
24
2
则 ，合振动平均值达到最大值，称 为干涉相长。（constructive interference）
(2)在相位差为
2 1 ( 2 j 1)
的 奇数 倍。
（j=0, 1, 2, 3, …）
则
I ( A1 A2 )
光的干涉 知识点总结
干涉相消
亮条纹和暗条纹在空间形成一系列双叶旋转双曲面。在平面接收屏上为一组双曲线，明暗交
错分布。干涉条纹为非定域的，空间各处均可见到。
(5)干涉条纹间距公式
由 I(x ,y ) 条纹间距：
I 0(1
cos(k
d D
x ))，k d D
x
2
d D
x
2j
得 x j
e
j
D d
(j 1)
D d
j
（1）光程差：
L0(P)
n(
AB
BP)
CP
2nh cos i
1 sin2 i
L0(P) 2nh cosi
一般采用垂直入射：
L0(P ) 2nh
（2）等厚干涉条纹主要特点： i、表面条纹形状与楔形板或薄膜的等厚线是一致的。
ii、相邻两个亮条纹对应点处的楔形板厚度差值。 由
2nh
j0
h
0 2n
（3） 等厚干涉条纹的应用 1） 测量细丝直径 2） 测量机械零件表面粗糙度
2nh k
被选中的谱线半值宽度
k
2k 2 nh
(1 R) R
(nm)
调节 FP 腔的谱线间隔，使只有一条 FP 的透射谱落在激光增益普之内，这样就刚起就只有一
（ 2.1.4 干涉场的衬比度
（ 1.两束平行光的干涉场（学会推导）
12（ （1）两束平行光的干涉场
） ）3 ） 干涉场强分布：
I x, y U1(x, y) U2 (x, y)
*
U1(x, y) U2 (x, y)
I1 I2 2 I1I2 cos
亮度U最1 (大xx值,,yy处) ：Ak1esiiknsin11xs1i0n 2U2xx, y20A21e0iksin2x20
1光的干涉参考答案
《大学物理（下）》作业 No.1 光的干涉（机械）一 选择题1．如图示，折射率为n 2厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1＜n 2＜n 3，若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束之间的光程差是 （A ）2n 2e （B ）2n 2e －2λ （C ）2n 2e －λ （D ）2n 2e －22n λ[A ][参考解]：两束光都是在从光疏介质到光密介质的分界面上反射，都有半波损失存在，其光程差应为δ=（2n 2e ＋2λ）－2λ = 2n 2e 。
2．如图，S 1、S 2是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1和r 2，路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1，折射率为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过一块厚度为t 2，折射率为n 2的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条路径光的光程差等于 （A ）（r 2+ n 2t 2）－（r 1+ n 1t 1）（B ）[r 2+ (n 2－1)t 2] －[r 1+ (n 1－1)t 1] （C ）（r 2－n 2t 2）－（r 1－n 1t 1） （D ）n 2t 2－n 1t 1[B ]3．如图，用单色光垂直照射在观察牛顿环的装置上，当平凸透镜垂直向上缓缓平移而离开平面玻璃板时，可以观察到环状干涉条纹 （A ）向右移动 （B ）向中心收缩 （C ）向外扩张 （D ）静止不动[ B ][参考解]：由牛顿环的干涉条件（k 级明纹）3S 1PS 空气λλk ne k =+22 ⇒ n k e k 2)21(λ-= 可知。
4．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传到B ，若A 、B 两点的相位差是3π，则此路径AB 的光程差是 （A ）1.5λ （B ）1.5n λ （C ）3λ （D ）1.5λ/n[ A ][参考解]：由相位差和光程差的关系λδπϕ2=∆可得。
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条纹间距 x D
d
条纹特点：
(1) 一系列平行的明暗相间的条纹；
(2) 不太大时条纹等间距；
(3) 中间级次低；
某条纹级次 = 该条纹相应的 (r2-r1)/ 明纹: k ，k =1,2,3…(整数级)
暗纹: (2k+1)/2
(4) x
(半整数级)
二 . 光强公式
I I 1 I 2 2I 1 I 2 c o ,s
• 测波长：已知θ、n，测L可得λ
• 测折射率：已知θ、λ，测L可得n
• 测细小直径、厚度、微小变化 λ
• 测表面不平度
标 准 块 规
等厚条纹
平晶
平晶
待 测
Δh
块
规
待测工件
2. 牛顿环的应用 rk2mrk2mR
• 测透镜球面的半径R： 已知, 测 m、rk+m、rk，可得R 。
• 测波长λ： 已知R，测出m 、 rk+m、rk， 可得λ。
反射光2 反射光1
· n A
n
e
n (设n > n )
A: 1、2的光程差 2ne(e)
2
明纹： (e)k ,k=1,… 2,3,
暗纹： (e)(2k1),k=0,1 … ,2,
2
同一厚度e对应同一级条纹——等厚条纹
条纹间距 L e
又 2n e
L 明纹 暗纹
e
L 2n
二. 牛顿环
ek ek+1
—等
r环= f tg i
• 条纹间隔分布: 内疏外密
• 条纹级次分布: e一定时，k i r k
• 膜厚变化时,条纹的移动：k 一 ,e 定 i rk
• 波长对条纹的影响: k ,e一 , 定 ir k
二. 面光源照明时，干涉条纹的分析
o r环 P
i
f
· 面光源 · · i
n
n > n
e
n
只要入射角i相同，都将汇聚在同一个干涉
环上（非相干叠加）
三. 应用：增透(射)膜和增反射膜 （自学书P130例2）
祝同学们在新的一年身体健康，学习进步。
牛顿环
装置简图 显微镜
·o
R 光程差： 2e 2
分束镜M
.S
r2 R 2 (R e )2 2e
R
平凸透镜 平晶
re
r2
暗环e ：2 R2e(12)(2k1)2平(凸k平透晶镜
o
=
暗环 •
0, 1, (2)
第k个暗环半径 rkk2R , …k )
三. 1.
等厚条纹的应用 劈尖的应用
L
2n
c
M
§6 光程
一• .真光空程中、光程差bad2
a· λ
b·
─真空中波长
d
• 媒质中 badn2
a· λn
n
b·
n─媒质中波长
d
媒质
nuc/ ncn / n
nd2
光程 : L = nd
n1 n2 …… nm
……
光程 L = ( ni di )
d1 d2
dm
光程差 相位差
[例]
I
设光源宽度为
b
L
b/2 M
N
I
S1 d /2
S2
B
D
合成光强
+1L
0N
非 相
0M
干 叠
0L 加
-1N 0M 0N
0L
+1L
x
=Dλ/d
x
二. 极限宽度
当光源宽度b增大到某个宽度b0时，干涉条 纹刚好消失，b0称为光源的极限宽度。
x
单色光源
L
b0 /2 •
r1
r2
d
r1
r2
· +1L △x /2
• 检验透镜球表面质量
标准验规
待测透镜
暗纹
§8 薄膜干涉（二）
—— 等倾条
一. 点光源照纹明时的干涉条纹分析
光 束n 1(A 、2 的B B 光)程 C n 差A ： D
o r环 P
ii
f
e
2
ABBC cors
S
1
L
2
A D As Ciin 2etg rsiin
2 n e 2 n esirn si nnn> n cr os cr os 2n
λ
M4
屏
d0
§5 时间相干性
一. 光的非单色性
、
1.理想的单色光
2. 准 单 色 光 、 谱 线 宽
度• 准单色光：在某个中心波长（频率）附
近有一定波长（频率）范围的光。
• 谱线宽度：
I
• 造成谱线宽度的原因
I0
(1) 自然宽度
I0 /2
谱线宽度
Ei+1
·
Ei+1
o
0
Ei Ei1
Ei
Ei
h
三. 相干间隔和相干孔径角
1. 相干间隔
若 b 和 B一定，则要得到干涉条纹，必
须
dd0
(d0B b)—相干间隔
d0越大，光场的空间相干性越好。
2. 相干孔径角
0
d0 B
b
b
━相干孔径角
S1
0
d0
S2 B
在θ0 范围内的光场中，正对光源的平面
上的任意两点的光振动是相干的。
0 越大空间相干性越好。
· i i
Ar ···D·BC
e
n si n n sr in
得 2necors
2
或 2 en 2 n 2 s2 iin (i)
明纹
暗纹
( ii) k 2k, k 1 1 ,,2 ,3 k , 2 0 ,1 ,2 ,
2
倾角i相同的光线对应同一条干涉条纹
条倾• 纹形条特状纹点:。一: 系列同心圆环
·o
B
D
设 B>>d 和
b( r 2 r 2 ) ( r 1 r 1 ) (一级明纹)
dsin d x2
D2
单色光源
L
b0 /2 •
r1
r2
d
r1
r2
x
· +1L △x /2
·o
B
D
dsindb0 2
d
b0
B
( B >>b0 ,d )
2 2B
b0
B d
—光源的极限宽度
bb0 时，才能观察到干涉条纹。
激光光源可以不受以上限制
四. 应用举例 1.测遥远星体的角直径：
b B
星体
b
d
B
使d =d0则条纹消失
d0
B
b
d0
星体
b
d
B
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
考虑到衍射的影响，有 1.22
d0
2.屏上条纹消失时，反射
测星干涉仪 M1
镜M1M4间的距离就是d0， λ
测猎户座星 nm
M2
测得 d03.0m 7
M3
得 1.220.04"7
： 1 04~1 05rad
S· 反射光2
单色平行光
1
n
n
2 ·
A
反射光1 e
1、2两束反射光来自同 一 束入射光，它们可 以产生干涉 。
n (设n > n )
实际应用中,大都是平行光垂直入射到劈尖上。 考虑到劈尖夹角极小, 反射光1、 2在膜面的 光程差可简化为图示情况计算。
入射光(单色平 行光垂直入射)
若 则
I1I=4 I2I0 =cI0o 2 , 2 s
(dsin2)
I
光强曲线
4I0
§3
-4 -2 0 2 4
-2 -1 0 1 2 k
x -2 x -1 0
x1
x2
x
-2 /d - /d 0 /d 2 /d sin
其他分波面干涉实验(自学)
§4 空间相干性
一. 空间相干性的概念 光源宽度对干涉条纹衬比度的影响
kM
x
三. 相干长度与相干时间 1.相干长度 两列波能发生干涉的最大波程差
MkM2
： 中 心 波
长
只有同一波列分成的两部分经不同的光程
再相遇时才能发生干涉。
波列长度就是 相干长度
c1 S
c2
S1 b1 S b2
aa·12p
c1
S c2
b1 S1
a1·p a2
b2
S2
2
注: 等代表波列
2.相干时间 光通过相干长度所需时间 M
(2) 多 普 勒 增 T ， T
宽 (3) 碰撞增宽 z p ( T 一 ) ， p 定
二. 非单色性对干涉条纹的影响
I
k M ( 2 ) (k M 1 )( 2 )
合成光强
- (/2) + (/2) 0 0 11 2 2 3 3 4 45 5 6
干涉的最大级次
§2 双缝干涉
一. 双缝干涉 单色光入射
r1
· p x x
d
r2
x
o x0
x
I
D
d >>λ，D >> d (d 10 -4m, D
波相程位m差)差：：r 2 r 21 ds i n dtg dD x
明纹
暗纹
k ( 2 k ,x 1 k ) 2 ,x k D d ( 2 k ,1 ) k 0 ( ,1 2 ,k 2 … 1 )2 D d
和：光SS12 程n d差r=1 r2的L2关·-p 系L1P： : 2 2 rr2 2 22 rd 1L 2 n n L 1d 1rd 1