第四章 光的干涉(1)
新教材高中物理第四章光第3节光的干涉课件新人教版选择性必修第一册
D. 单色光照射时出现暗条纹，单色光照射时出现亮条纹
[解析] 单色光的波长1 =
光的波长2 =
2
=
1
3×108
7.5×1014
=
3×108
5.0×1014
= 0.6 × 10−6 = 0.6，单色
= 0.4 × 10−6 = 0.4，因点到双缝的距
离 = 0.6 = 1 ，所以用单色光照射时点出现亮条纹。因 =
2.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。
3.相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是 = ，已知双缝间距，再测
出双缝到屏的距离和条纹间距，就可以求得光波的波长。
要点二 干涉条纹和
光的波长之间的关系
=②
相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是__________ 。
要点三 薄膜干涉
通常而言，不同位置的液膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，来自前
后两个面的反射光的路程差不同。在某些位置，这两列波叠加后相互加强，出
现了_________；在另一些位置，叠加后相互削弱，出现了_________
0.6 =
3
，所以用单色光照射时点出现暗条纹，故C正确。
2 2
规律总结
明暗条纹的判断方法
判断屏上某点出现亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源（双缝）的
路程差与波长的比值。路程差等于波长的整数倍处出现亮条纹，等于半波长
的奇数倍处出现暗条纹。
第四章光的干涉
§6 激光谐振腔的选模原理
据相干加强条件 2nh=m m=1,2,3…; ∵ =c/ ∴满足相干加强的频率为 m= mc / 2nh(纵模)
相邻两纵模间隔 q= m+1- m= c / 2nh
相邻两纵模间隔 q= m+1- m= c / 2nh
例: He-Ne激光器中,原子发出的0=4.7×1014HZ （ 0 =632.8nm） 谱线的宽度=1.5×109HZ。 如果He-Ne激光器的腔长h=10cm，n≈1。问有多 少个纵模输出？如果h=30cm呢?
解: 相邻的两纵模间隔 q= m+1- m= c/2nh
1) 若激光器的腔长h=10cm 激光器输出的纵模个数
N= / q=1
2) 若激光器的腔长 h=30cm
N= / q= 3
§7 光学薄膜
镀膜技术
用真空蒸发、沉淀或甩胶的方法,在璃或 光滑的金属表面涂、镀一层很薄的透明电介质 或金属膜层。
空气
三．应用
1． 可测光的波长，透明薄膜的厚度， 折射率等。
2．可测光波的相干长度 max =L0= 2/ 。
§5 法布里—珀罗干涉仪 一．法布里—珀罗干涉仪的结构
扩展源
准直透镜
分束板，内侧镀膜 会聚透镜
G1,G2间,间距h可调—法布里-珀罗干涉仪
G1,G2间,间距h固定—法布里-珀罗标准具
多光束相干光在L2焦平面上形成等倾圆环条纹
h=mmax/2。 若膜厚发生变化dh,干涉级次发生变化dm
等倾条纹
M1
M1⊥M2 M1‖M max ↓ → mmax ↓
b. 若 h↑ → max ↑→ mmax ↑ 若dm=N，则dh=N/2，测量精度数量级
2．等厚条纹
光的干涉1详解
波m程)差： r2 r1 d sin d
相 位 差 ： 2
tg
d x D
明纹条件： k,
x k D , k 0,1,2…
d
暗纹条件： (2k 1) , x (2k 1) D
2
d2
条纹间距(相邻明纹中心间隔)：
x D
d
r1
d
r2
· p x x o
条纹特点：
D
x
x
x0
I
波动光学
光的干涉 光的衍射 光的偏振
人类对光的认识过程
牛顿的微粒说： 光的直线传播→微粒→以力学定 律运动，解释了反射、折射
惠更斯创立波动说： 波动说由杨、菲涅耳的实验验证
19世纪，法拉第、麦克斯韦、赫兹 →光是电磁波，媒质是以太
c G ρ
光的干涉、衍射、偏振证实光是波——波动性
1900年，普朗克提出量子论→光子，解释了热辐射 、光电效应、光压现象——微粒性
两种理论无法解释对方的现象→无法统一
20世纪，德布罗意提出物质波概念才得以统一 光和物质一样都具有波粒二象性
20世纪50年代以来，光学开始了一个新的发展时期
激光、纤维光学（光纤）、红外技术 光学分类
几何光学——光的直线传播规律
物理光学 波动光学 ——干涉、衍射、偏振 量子光学 ——光和物质的相互作用
用几何光学
光栏
W
可以证明： S1
dS
S2
d 2D(n 1)
DM
D0
例: 在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉 条纹间距变大，可以采取的办法是： （A）使屏靠近双缝； （B）使两缝的间距变小； （C）把两个缝的宽度稍微调窄； （D）改用波长较小的单色光源。
第43节光的干涉
第四章·光 第03讲 光的干涉知识要点难易度1．光的干涉条件：频率相等，相位差稳定2．光的双缝干涉条纹特征：等间距，条纹宽度：Δx ＝ld λ★★★★★知识点01 杨氏双缝干涉实验1．光的干涉现象：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，人们开始认识到光具有波动性． 两束光在屏幕上形成稳定的明暗条纹的现象称光的干涉。
2．杨氏双缝干涉实验(1)双缝干涉的装置示意图实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏．(2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．也可用激光直接照射双缝． (3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光．3．光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同． 4．干涉图样（1）原理图如上图所示． （2）亮、暗条纹的条件．①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹．a ．光的路程差Δr ＝r2－r1＝kλ（k ＝0，1，2…），光屏上出现亮条纹．b ．光的路程差Δr ＝r2－r1＝（2k ＋1）λ2（k ＝0，1，2…），光屏上出现暗条纹．②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色（填写颜色）．③条纹间距公式：Δx ＝ld λ. 即增大挡板和屏的距离，减小双缝间距，增加波长都会导致条纹变宽知 识 精 讲目 标 导 航【例1】(多选)如图甲为双缝干涉实验的装置示意图．图乙为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a处为中央亮条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′处为中央亮条纹．若已知红光、绿光和紫光的波长大小关系为红光的波长最长，紫光的波长最短．则以下说法正确的是()A．丙图比乙图条纹间的间距大B．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长D．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短【答案】A、B【解析】由图可知丙图比乙图的条纹间距变大，丙图波长比乙图的波长长，所以AB正确，CD错误。
高中物理选择性必修一第四章光第三节光的干涉课后习题答案
高中物理选择性必修一第四章光第三节光的干涉课后习题答案1.光的干涉现象对认识光的本性有什么意义？解析：干涉现象是一切波所具有的特性，所以光的干涉现象说明了光是一种波．2.两列光干涉时光屏上的亮条纹和暗条纹到两个光源的距离与波长有什么关系？解析：光屏上的点到两个光源的距离差ΔX=（2n+1）λ2（n=0,1,2,3......）时，出现暗条纹；光屏上的点到两个光源的距离差ΔX=nλ（n=0,1,2,3......）时，出现亮条纹。
3.在杨氏双缝干涉实验中，光屏上某点p到双缝S1和S2 的路程差为7.5×10-7m，如果用频率6.0×1014Hz的黄光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹。
解析：根据题中的信息可得：λ=vf =3×1086×1014=12×10-6m ，所以ΔX12λ=3，即路程差是半波长的整数倍，所以P点是暗条纹。
4.劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图所示。
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，当光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。
现若在如图所示装置中抽去一张纸片，则当光入射到劈形空气薄膜后，从上往下可以观察到干涉条纹发生了怎样的变化？解析：从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为△x=2d即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差△x=2d=nλ时λ，显然此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差12抽去一张纸片后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大，故干涉条纹变疏。
解析二：由薄膜干涉的原理和特点可知，干涉条纹是由膜的上、下表面反射的光叠加干涉而形成的，某一明条纹或暗条纹的位置就由上、下表面反射光的路程差决定，且相邻明条纹或暗条纹对应的该路程差是恒定的，而该路程差又决定于条纹下对应膜的厚度，即相邻明条纹或暗条纹下面对应的膜的厚度也是恒定的．当抽去一纸片后，劈形空气膜的劈尖角－上、下表面所夹的角变小，相同的厚度差对应的水平间距离变大，所以相邻的明条纹或暗条纹间距变大，即条纹变疏。
光的干涉1
dsinθ
Q
d << D
P r2 o
θ ≈ sin θ ≈ tgθ
明暗纹条件
x ∆ = n( r2 − r1 ) ≈ nd sin θ ≈ nd D
D
明暗纹条件 r1
S1 S 单缝
P r2 x o
1) P点为干涉加强 （亮条纹）的条件：
Dλ x = ±k nd
K=0,1,2,3…
θ θ d
在分别讨论两种方法以前，先建立一个重要概念
二、光程和光程差 1、介质中光的速度与波长 、 真空 媒质 光在媒质中的波长
i
r
n
结论： 结论： 光在媒质中传播时波 光在媒质中的速度： 长变短了， 光在媒质中的速度： 长变短了，为真空中波 C 长的n分之一 分之一。 长的 分之一。
sin i c Q = =n sin r u
p
p
在介质中传播的波长， 在介质中传播的波长，折 算成真空中波长的关系。 算成真空中波长的关系。 光在介质中传播的距离 折算成真空中的长度。 折算成真空中的长度。
定义： 定义：
程 光 = 几 路 ×介 折 率 何 程 质 射
光程差： 光程差：
∆ = n1r −n2r2 1
∆
光程差 真空中波长
统一为： 统一为：
S2 dsinθ
K=0---零级（中央）明纹 K=1---第一级明纹
双缝ϕ1= ϕ2
D
K=2---第二级明纹 ----- ----- -----
2) P点为干涉减弱（暗条纹）的条件：
Dλ x = ±(2k −1) 2nd
K=1---第一级暗纹 K=1,2,3… K=2---第二级暗纹 K=3---第三级暗纹 ------ ----- ------
高中物理选择性必修一-第四章-第四节-光的干涉
总结提升
1.由于薄膜干涉是经薄膜前、后表面反射的两束光叠加而形成的，所以 观察时眼睛与光源应在膜的同一侧. 2.在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的光程差由膜的厚度决定，所 以薄膜干涉中同一亮条纹或同一暗条纹应出现在厚度相同的地方，因此 又叫等厚干涉，每一条纹都是水平的. 3.用单色光照射得到明暗相间的条纹，用白光照射得到彩色条纹.
例4 用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条 纹为
√
解析 由于在光的干涉中亮、暗条纹的位置取决于两列光波相遇时通过 的光程差，则在薄膜干涉中取决于入射点处薄膜的厚度.因肥皂液薄膜在 重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜，厚度相等的位置在同一条水 平线上，故同一条干涉条纹必然是水平的，由此可知只有选项B正确.
一、光的双缝干涉 导学探究
1.双缝干涉的装置示意图 实验装置如图2所示，有光源、单缝、双缝和光屏.
图2
2.单缝屏的作用 获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况.如果用激光直接照射 双缝，可省去单缝屏(托马斯·杨当时没有激光). 3.双缝屏的作用 平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频 率相同且振动情况完全一致的相干光.
图3
解析 P点与两缝的距离之差为Δr＝2.1×10－6 m 所以有 N1＝Δλ1r＝26.1××1100－－76mm＝3.5 由此可知，P点与S1、S2的距离差是半波长的奇数倍， 所以用A光在空气中做双缝干涉实验，P点是暗条纹.
(2)已知B光在某种介质中的波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向 空气时，临界角为37°(sin 37°＝0.6).
a光频率较小，同一介质对a光的折射率较小，故D错误.
三、薄膜干涉 1.薄膜干涉中相干光的获得 光照射到薄膜上，在薄膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际的光 源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差. 2.薄膜干涉的原理 光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的光程差等于相应 位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条 纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹.
大学物理第四章 波动光学(1)
169第4章 波动光学(Ⅰ)——光的干涉一．基本要求1．理解光的相干条件、光程的概念、干涉加强和干涉减弱的条件以及光强分布； 2．理解获得相干光的分波面法，掌握杨氏双缝干涉；3．理解获得相干光的分振幅法，掌握波膜干涉、劈尖干涉和牛顿环干涉；4．了解光的非单色性对干涉条纹的影响，了解空间相干性和时间相干性的概念；5．了解Michel son 干涉仪原理。
二．内容提要和学习指导（一）光的相干叠加概述1．光源的发光特性：普通光源发光是自发辐射，所发的光相干性差；激光光源发光是受激辐射，所发的光相干性好；2．光的相干叠加：①振幅平方：ϕ∆++=cos 22122212A A A A A ； ②光强分布：ϕ∆++=cos 22121I I I I I ； ③干涉加强和减弱的条件（相位差表述）：πϕk 2=∆时，干涉加强；πϕ)12(+=∆k 时，干涉减弱；④干涉加强和减弱的条件（光程差表述）：光程的定义L n L '=，其物理意义是将光在介质中的路程折算为真空路程。
22L kλ∆=时，干涉加强；(21)2L k λ∆=+时，干涉减弱； （二）分波阵面干涉1． Young 双缝干涉明纹中心：λd kD x ±= ⋅⋅⋅⋅=，，，321k ；暗纹中心：λd Dk x 2)12(-±= ⋅⋅⋅⋅=，，，321k 条纹间距：λdD x =∆；光强分布：)(cos 420x D dI I λπ=2．菲涅耳（Fresnel ）双棱镜实验； 3．菲涅耳（Fresnel ）双面镜实验 4．洛埃（Lloyd ）镜实验（三）分振幅干涉之一：等倾干涉1．明、暗条纹条件：2/2(1,2,3,)2/2(21)/2(0,1,2,)k k k k λλλ=⎧=⎨+=⎩ 暗明2．条纹是内疏外密的同心圆环；3．每冒出（缩进）一个亮斑，就意味着薄膜厚度增加（缩小）了n e 2/λ=∆4．由光源上不同点发出的光线，凡有相同倾角的，其强度相加，因而明暗对比更为鲜明，所以观察等倾条纹时应使用面光源。
光的干涉 知识点总结
第二章 光的干涉 知识点总结2.1.1光的干涉现象两束(或多束)光在相遇的区域内产生相干叠加,各点的光强不同于各光波单独作用所产生的光强之和,形成稳定的明暗交替或彩色条纹的现象,称为光的干涉现象。
2.1.2干涉原理注：波的叠加原理和独立性原理成立于线性介质中,本书主要讨论的就是线性介质中的情况. (1)光波的独立传播原理当两列波或多列波在同一波场中传播时，每一列波的传播方式都不因其他波的存在而受到影响，每列波仍然保持原有的特性（频率、波长、振动方向、传播方向等） (2)光波的叠加原理在两列或多列波的交叠区域，波场中某点的振动等于各个波单独存在时在该点所产生振动之和。
波叠加例子用到的数学技巧： （1） A +iB =√A 2+B 2(A √A 2+B2+i B √A 2+B 2)=A t e iφt（2）eiφ1=ei[(φ12+φ22)+(φ12−φ22)] eiφ1=ei[(φ12+φ22)−(φ12−φ22)]注:叠加结果为光波复振幅的矢量和，而非强度和。
分为相干叠加(叠加场的光强不等于参与叠加的波的强度和)和非相干叠加(叠加场的光强等于参与叠加的波的强度和). 2.1.3波叠加的相干条件干涉项：相干条件：（干涉项不为零）（为了获得稳定的叠加分布） （为了使干涉场强不随时间变化） 2.1.4 干涉场的衬比度1.两束平行光的干涉场（学会推导） （1）两束平行光的干涉场 干涉场强分布：21ωω=10200⋅≠E E 2010ϕϕ-=常数()()212121212()()()2=+⋅+=++⋅I r E E E E I r I r E E 12102012201021212010212{cos()()()cos()()()}⋅=⋅+⋅++-++-⋅+---E E E E k k r t k k r t ϕϕωωϕϕωω()()()*12121212,(,)(,)(,)(,)2cos =++=++∆I x y U x y U x y U x y U x y I I I I ϕ亮度最大值处：∆φ=2mπ亮度最小值处：∆φ=(2m +1)π 条纹间距公式∆x =λsin θ1+sin θ2空间频率：ƒ=1∆x ⁄（2）定义衬比度以参与相干叠加的两个光场参数表示：衬比度的物理意义 1.光强起伏2.相干度2.2分波前干涉2.2.1普通光源实现相干叠加的方法 (1)普通光源特性• 发光断续性 • 相位无序性• 各点源发光的独立性根源：微观上持续发光时间τ0有限。
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．
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2022秋新教材高中物理第四章光及其应用第四节光的干涉课件粤教版选择性必修第一册
[重难释解] 1．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，如亮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；暗条纹处振动步调总相反。 具体产生亮、暗条纹的条件为： (1)亮条纹的条件：屏上某点 P 到两条缝 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，…) k＝0 时，PS1＝PS2，此时 P 点位于屏上的 O 处，为亮条纹，此处的条纹 叫中央亮条纹或零级亮条纹。k 为亮条纹的级次。
3．白光的干涉图样 若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的。这是因为： (1)从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光 都在中央条纹外形成亮条纹，从而复合成白色条纹。 (2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫 光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便 形成了彩色干涉条纹。
答案：C
2. 如图所示的杨氏双缝干涉图中，小孔S1、S2发出的光在像屏某处叠加时，如果 光程差为________时就加强，形成亮条纹。如果光波波长是400 nm，屏上P点 与S1、S2距离差为1 800 nm，那么p处将是________条纹。
解析：由光的干涉条件知光程差为波长的整数倍时就加强，形成亮条纹。Δx＝
答案：B
二、薄膜干涉
1．填一填
(1)薄膜干涉：由膜的前、后表面 反射 回来的两组光波相遇后形成的。 (2)应用：照相机的镜头上通过镀上增透膜产生干涉，增加 透射 ，减少 反射 。
2．判一判
(1)薄膜干涉是薄膜的前后两个面的折射光的干涉。
( ×)
(2)要观察竖直放置的肥皂液膜的干涉条纹，应在入射光同侧观察。
2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修1 第4章光第4节双缝干涉(1)课件
l
dλ
可知,要增加相邻两亮条纹(或暗条纹)中心间的距离,可采取的办法有:增大双缝与
光屏间的距离(或选用较长的遮光筒);减小双缝之间的距离.
(2)由于激光是相干光,故可以去掉的部件是滤光片、单缝,即②③.
(3)题中甲图手轮读数是0.045 mm,乙图读数是14.535 mm,它们的差值是14.490 mm,
(★★☆)(1)备有下列仪器:
A.白炽灯 B.双缝 C.单缝 D.滤光片 E.光屏
把以上仪器装在光具座上时,正确的排列顺序应该是:
(填写字母代号).
(2)已知双缝到光屏之间的距离l=500 mm,双缝之间的距离d=0.50 mm,单缝到双缝
之间的距离s=100 mm.某同学在用测量头测量时,调整手轮,在测量头目镜中先看
n-1
5.在双缝干涉实验中,中央亮条纹宽度是两边亮条纹宽度的2倍. ( ✕ ) 在双缝干涉实验中,中央亮条纹宽度与两边亮条纹宽度相等.
1|干涉条纹间距与波长关系式 如图所示,与两缝之间的距离d相比,每个狭缝都很窄,宽度可以忽略,两缝S1、
S2的连线的中垂线与屏的交点为P0,双缝到屏的距离OP0=l.
n-1
(★★☆)(1)如图所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放置的光学
元件依次为①光源、②
、③
、④
、⑤遮光筒、⑥光
屏.对于间的距离,可采取
或
的方法.
(2)如果将灯泡换成激光器,该实验照样可以完成,这时可以去掉的部件是 (填数字代号).
(3)转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准第1条亮条纹中心,读出手轮的读数,
3|实验过程
1.光源发出的光经过 滤光片 成为单色光,把单缝照亮.单缝相当于一个 线光源 ,它又把 双缝 照亮.双缝的作用是获得 相干 光源.
《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。
教科版高中物理选择性必修第一册精品课件 第四章 4.光的干涉
Δs=(2k+1) (k=0,1,2,…),判断出 k 的取值,进而判断是第几条亮条纹或暗条纹。
2
4.双缝干涉图样的特点
(1)单色光的干涉图样
若用单色光作光源,则干涉条纹是明暗相间的条纹,且条纹间距相等。中央
为亮条纹,两相邻亮纹(或暗纹)间距离与光的波长有关,波长越大,条纹间距
越大。
(2)白光的干涉图样
3.薄膜干涉现象的应用
(1)等倾法检查平面平整度
原理:如图(c)所示,在被测平面上放一个透明的样板,在样板的一端垫一个
薄片,使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层。用单色
光照射时,空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉。空气厚度
相同的地方,两列波的路程差相同,两列波叠加时互相加强或减弱的情况相
若用白光作光源,则干涉条纹是彩色条纹,且中央条纹是白色的。这是因为:
①从双缝射出的两列光波中,各种色光都形成明暗相间的条纹,各种色光都
在中央条纹处形成亮条纹,从而复合成白色条纹。②两侧条纹间距与各色
光的波长成正比,即红光的亮纹间宽度最大、紫光的亮纹间宽度最小,即除
中央条纹以外的其他条纹不能完全重合,这样便形成了彩色干涉条纹。
2.薄膜干涉的特点
如图(b)甲所示,两板之间形成一层空气膜,用单色光从上向下照射,如果被
检测平面是平滑的,得到的干涉图样必是等间距的。如果被测表面某处凹
下,则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现,如图(b)乙中P条纹所示;如果某处凸
起来,则对应条纹延后出现,如图(b)乙中Q所示。
(b)
(注:“提前”与“延后”不是指在时间上,而是指由左到右的位置顺序上)
屏上,可观察到的图像是图中的(
)
答案:D
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两光波t时 刻在P点 的相位差
两光波因频率 不同在时间t内 产生的相位差
两光波分别传播 经过距离d1和d2后
引进的相位差
两光 源的初 相位差
1.1 非相干叠加
由 I=I1+I2+I12 可知
若交叉项(互强度) I12 2A1 A2 cos δ 0
则在叠加区域中的光强为: I = I1+ I2
根据叠加原理，光在P点的合振动为两分振动
的矢量和 E E1 E2
人眼和各种光探测器都是平方律探测器，即
它们测量的是光矢量的模的平方。另一方面，光 振动的频率为1015Hz的数量级，而各种探测器的
响应频率远小于这个频率。所以，我们通常测量
的是光矢量模的平方的时间平均值，即光波振幅
的I平方 值E。2
E
E
A2
f
(t
)
1 τ
τ
0
f (t)dt
表示函数f (t)在0 ~ τ
两I 光波E在2P点叠加E 后 E的 总 光强为 时间内的时间平均值
(E1 E2 ) (E1 E2)
E1 E 1 E2 E 2 E1 E2 E1 E2
E1
E1
E2
E2
E1
E2
E1
E2
令
I1
E1
E 1
这种叠加叫非相干叠加。只要满足以下条件
的任一种，则出现非相干叠加。
(1)
两光波的光矢量互相垂直
E1
E2
I12 2A1 A2 cos δ 0
A1 A2
(2) 两光波频率不同1 2，不失一般性，假设此 时 E1 // E2 , 则有 I12 2A1A2 cosδ
由于光频极高，1和2都达1014量级，在观 察时间内，<cos> = 0，所以
两束光能产生干涉的充分必要条件条件
相 (1) 两束光的光矢量存在互相平行的分量；
干 (2) 两束光的频率相同；
条 件
(3) 在观察时间内两束光在各点引起的光振动 的相位差保持恒定。
两束相干光在叠加区域内任一P点引起的光振
动的相位差为：
2= 1
δ(P ) (ω1 ω2 )t (k2d2 k1d1 ) (φ01 φ02 )
整数m称为干涉级次
③ 当为其它值时，Imin I Imax
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
特例 若 I1 = I2 ，则总光强
I
2 I1 (1
cos δ)
4I1
cos2
δ 2
干涉极大 Imax 4I1 干涉极小 Imin 0
I
4I1
两相干光束
2I1 两非相干光束
I1 一束光
-4 -2 0 2 4
δ
结论 从总光强表达式可知，相干光在叠加时所产 生的光强一般不满足I I1+ I2，即总光强一般不 等于各光源单独造成的光强的简单相加，而是多 出了一个只与空间位置(d2 – d1) 有关而与时间无关
的交叉项 2 I1I2 cos δ ，这一项也称为干涉项。由
此可见，相干光叠加时产生的是在空间强弱交替 的不随时间变化的稳定光强分布。光强在极大和 极小之间逐点变化，极大值超过各光波的光强之 和，极小值可能为零。这就是光波的干涉现象， 这种叠加称为相干叠加。
通常我们考察干涉场中一个面上的干涉现象，
在这个观察面上的光强（亮暗）分布或颜色分布 称为干涉图样或干涉条纹。
2π λ
(d2
d1 )
(φ01
φ02 )
(P)不随时间变化，只与P点位置(即d2 – d1)有关，
所以
cosδ
1 τ
0τcos δdt
cos δ ，而总光强表
达式中的交 叉项（互光强）为：
I12 2A1 A2 cos δ 2A1 A2 cos δ 2 I1I2 cos δ
∵ A1 // A2 总光强 I I1 I2 2 I1I2 cos δ
I12 2A1A2 cosδ 0
(3) 两光波频率相同1 = 2，但初相差01– 02随
时间迅速无规则地变化，即两光源的初相位各自 独立地做不规则地改变。在观察时间内，它们概
率均等地多次经历从0到2之间的一切可能值，此 时 = (t)也随 时间迅速变化，则<cos> = 0，从而
I12 2A1 A2 cos δ 0
§1 相干光
干涉是波动的重要特征之一，光的干涉现
象证明了光具有波动性。产生光的干涉现象的 原因是由于两束或多束光波相互叠加的结果。
1.0 光波的叠加
如图所示，S1和S2是 两个单色点光源，它们各
S1 •
d1
• P
自发出单色球面简谐波，
d2
圆频率分别为1、 2 ，初 相分别为01、02，它们在
S2•
总光强 讨论
I I1 I2 2 I1I2 cosδ
① 当 δ 2mπ , m 0, 1, 2, 3, 时 Imax I1 I2 2 I1I2 —干涉加强或干涉相长
② 当 δ (2m 1)π , m 0, 1, 2, 3, 时 Imin I1 I2 2 I1I2 —干涉减弱或干涉相消
叠加区域中任一P点的光 振动用复数分别表示为
E A e , E A e i(ω1t k1d1 φ01 )
i( ω2t k2d2 φ02 )
1
1
2
2
两光波在P点产生的光强为
I1
1 2
ncε0
E1
2
,
I2
1 2
ncε0
E2
2
若只考虑两光波在P点的相对光强，则有
I1 E1 2 ,
I2 E2 2
综上所述，只要两光波满足上述条件中的任 何一个，则它们在叠加区的光强恒等于各个光源 单独造成的光强的简单相加。
I = I1+ I2
1.2 相干叠加 根据上述分析可以得出：如果两束或多束光
波同时满足以下三个条件（相干条件）则在它们 叠加区域内，光强有稳定的不均匀分布，这种现 象称为光的干涉；这两束或几束光称为相干光， 相应的光源称为相干光源。
A2 1
第一束光在P点的光强
I2
E2
E 2
A2 2
第二束光在P点的光强
I12 E 1 E 2 E1 E2
2 A1 A2 cos[(1 2 )t (k1d1 k2d2 )
2A1 A2 cos δ
(01 02 )]
互强度(交叉项)
(1 2 )t (k2d2 k1d1 ) (01 02 )
1.3 相干光的获得
经验表明：两个独立的光源发出的光是不 相干的；一个普通光源的不同部分发出的光也 是非相干光。
光源的发光机理
光源的最基本发光单元是分子、原子
能级跃迁辐射 E2
波列
108 秒
= (E2−E1)/h
E1
波列长L = c
普通光源：自发辐射 • 发光的间隙性