物理光学光的干涉和干涉仪
物理光学-第十一章光的干涉和干涉系统
双光束干涉： I = I1 + I 2 + 2 I1 I 2 cos k∆
1.光程差计算
∆ = n( AB + BC) − n′AN 其中： AB = BC = h cosθ 2
n'
AN = AC sin θ1 = 2htgθ 2 sin θ1 n′ sin θ1 = n sin θ 2
n
29
π phase change
对于亮条纹，∆＝mλ；有： mλ
(
x2
) (d 2 ) + (mλ 2 ) 2
2 2
−
y2 + z2
2
=1
15
局部位置条纹
在三维空间中，干涉结果：
等光程差面
16
§11－3 干涉条纹的可见度 － The visibility (contrast) of interference fringes
可见度(Visibility, Contrast)定义： 定义： 可见度 定义 K = (IM − Im ) (IM + Im )
干涉项 I12 与两个光波的振动方向 ( A1 , A 2 ) 和位相 δ有关。
5
干涉条件（必要条件）： 干涉条件（必要条件）：
(1)频率相同， 1 − ω2 = 0; ω (2)振动方向相同，1 • A2 = A1 A2 A (3)位相差恒定，1 − δ 2 = 常数 δ
注意：干涉的光强分布只与光程差 k • (r1 − k 2 ) 有关。
1
干涉现象实例（ Examples） 干涉现象实例（Interference Examples）
2
2
3
二、干涉条件 一般情况下， 一般情况下，
物理光学中的干涉现象及其应用
物理光学中的干涉现象及其应用光学是研究光的传播、反射、折射等现象的科学，而物理光学则是光学的一个重要分支，主要研究光的波动性质及其与物质相互作用的规律。
在物理光学的研究中，干涉现象是一个非常重要的课题，它不仅有着深厚的理论基础，而且在实际应用中也发挥着重要的作用。
干涉现象是指两个或多个光波相互叠加形成明暗条纹的现象。
这种叠加是基于光的波动性质而产生的，当两个光波相遇时，它们会按照一定的规律相互叠加，形成明暗交替的干涉条纹。
干涉现象的研究不仅揭示了光的波动性质，而且在实际应用中也有着广泛的用途。
干涉现象最早由英国物理学家托马斯·杨在19世纪初发现并系统研究。
他利用一束单色光通过两个狭缝后形成的干涉条纹，证明了光的波动性质。
这一发现对于光的本质的认识产生了重要影响，也为后来光的干涉理论的建立奠定了基础。
在物理光学中，干涉现象是一种重要的研究手段，它可以用来测量光的波长、光的相位差等物理量。
例如，通过观察干涉条纹的间距，我们可以计算出光的波长；通过改变光的相位差，我们可以观察到干涉条纹的移动。
这些实验不仅帮助我们深入理解光的性质，而且在科学研究和工程应用中也有着广泛的应用。
除了理论研究和实验测量外，干涉现象还在许多实际应用中发挥着重要作用。
其中最典型的应用之一就是干涉仪。
干涉仪是一种利用干涉现象进行测量和分析的仪器。
它可以通过干涉条纹的变化来测量物体的形状、厚度、折射率等参数。
例如，激光干涉仪可以用来测量微小物体的形状和表面粗糙度；干涉显微镜可以用来观察微小物体的细节结构。
这些仪器在科学研究、工业制造等领域都有着广泛的应用。
此外，干涉现象还在光学技术中发挥着重要的作用。
例如，光的干涉现象可以用来制造光栅，光栅是一种具有周期性结构的光学元件，可以用来分光、调制光等。
光的干涉现象还可以用来制造薄膜，薄膜是一种光学元件，可以用来改变光的传播特性。
这些技术在光通信、光存储等领域都有着广泛的应用。
总之，物理光学中的干涉现象是一个非常重要的课题，它不仅揭示了光的波动性质，而且在实际应用中也发挥着重要的作用。
物理光学知识归纳总结
物理光学知识归纳总结一、光的本质与传播光的实质是电磁波，它是由电场和磁场相互垂直并向垂直传播的电磁波所组成。
光的传播具有直线传播、波动传播和光线传播三种形式。
二、光的反射与折射1. 光的反射：当光线从一种介质射向另一种介质时，遇到分界面时会发生反射。
根据入射角与法线的夹角关系，可以得到反射角与入射角相等的经验规律。
2. 光的折射：当光线从一种介质射向另一种介质时，遇到分界面时会发生折射。
根据斯涅尔定律，可以得到入射角、折射角及两种介质的折射率之间的关系。
三、光的干涉与衍射1. 光的干涉：当两束或多束光线同时作用于同一位置时，会产生干涉现象。
根据干涉现象可以推导出叠加原理和干涉条纹的产生。
2. 光的衍射：当光通过一个小孔或者通过障碍物的边缘时，会出现衍射现象。
衍射现象可以解释光的直线传播的限制性和光的波动性。
四、光的偏振与旋光现象1. 光的偏振：光的振动方向，可以沿任意方向存在的非偏振光，也可以沿一个特定方向振动的偏振光。
偏振光可以通过偏光片进行选择性透过或者阻挡。
2. 光的旋光现象：某些物质具有旋光性质，当光通过旋光物质时，光的振动方向会发生旋转。
五、光的色散与光的色彩1. 光的色散：光线在不同介质中传播时，不同频率的光会有不同的折射率，从而导致光的色散现象。
2. 光的色彩：光的色彩由不同波长的光组成，根据太阳光的色散现象，可以得到光的色彩顺序为红橙黄绿蓝靛紫。
六、光的成像与光学仪器1. 光的成像：光通过凸透镜或者凹透镜时，可以形成实像或者虚像。
根据薄透镜成像公式可以计算出物距、像距和透镜焦距之间的关系。
2. 光学仪器：利用光的传播、折射和成像原理，可以制造出各种光学仪器，如显微镜、望远镜、投影仪等。
七、光的衍射光栅与光的激光1. 光的衍射光栅：光通过光栅时，会出现衍射现象。
光栅是由很多平行的有规律的线条或者孔洞组成的光学元件，可以分散多种频率的光，并形成光的衍射光谱。
2. 光的激光：激光是一种具有高度相干性和单一频率的光。
物理光学第十二章 第四节 平板的双光束干涉(楔形平板产生的等厚干涉、斐索干涉仪和迈克尔逊干涉仪)
根据光的干涉原理组成的一个仪器，通过对这个仪器所产生的干涉 条纹的测量而达到某种测量目的，这样的光学仪器就是干涉仪。干 涉仪的种类很多，在科学研究、生产和 计量部门都有广泛的应用，但各 种干涉仪在光路结构上都存在某 些相似之处，这里了解几种典型 的双光束干涉仪。
（一）、斐索干涉仪 （二）、迈克耳逊干涉仪
kdrrdh?????????811822122激光球面干涉仪11kdn???42211213动态演14示名称用途工作原理干涉条纹性质斐索干涉仪名称用途工作原理干涉条纹性质斐索干涉仪1测定平板表面的平面度和局部误差测定平板表面的平面度和局部误差2测量平行平板的平行度和小角度光楔的楔角测量平行平板的平行度和小角度光楔的楔角3测量透镜的曲率半径1使标准平晶的下表面与待检平面构成空气平板使标准平晶的下表面与待检平面构成空气平板2去掉标准平晶可直接利用被测平板上下表面形成双光束干涉去掉标准平晶可直接利用被测平板上下表面形成双光束干涉3将标准平晶换成球面样板使球面样板曲面和待测曲面间将标准平晶换成球面样板使球面样板曲面和待测曲面间构成空气板进行检测1形成等厚干涉条纹2根据检测对象不同干涉光束来自不同的标准反射面和被测面根据检测对象不同干涉光束来自不同的标准反射面和被测面3干涉光反射面选择不同对应定域面位置不同干涉光反射面选择不同对应定域面位置不同典型的双光束干涉系统15率半径构成空气板进行检测迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪1确定零光程差位置确定零光程差位置2进行样品或长度测量进行样品或长度测量3精确测量单色光波长精确测量单色光波长1白光照明时加上补偿板能够同时补偿各色光的光程差以获得零级白光条纹用于准确确定零光程差位置作为精确测量基准白光照明时加上补偿板能够同时补偿各色光的光程差以获得零级白光条纹用于准确确定零光程差位置作为精确测量基准2因为干涉仪能将参考光和测量光束分开所以可将样品放置于测量光路中观察干涉条纹的变化
《物理光学》第3章 光的干涉和干涉仪
2 2
2
2
消去根号，化简便得到等光程差面方程式 :
x2 ∆ 2
2
−
y2 + z2 d ∆ − 2 2
条纹对比度主要影响因子: 光源大小 非单色性 振幅比（光强比）
3.4.1 光源大小的影响 (1)光源的临界宽度 ：可见度下降到零时光源的临界宽度。 假设光源只包含两个强度相等的发光点S和S’，S和S’在屏幕 E上各自产生一组条纹，两组条纹间距相等，但彼此有位移。
S ′S 2 − S ′S1 =
2 2
=1
将Δ=mλ代入
x2 mλ 2
2
−
y2 + z2 d mλ − 2 2
2 2
=1
等光程差面是一组以m为参数的回转双曲面族，x轴为回转轴 干涉条纹就是等光程差面与观察屏幕的交线。
结论：
干涉图样是由一系列平行等距的亮带和暗带组成。
1 e= ∝ W W
条纹间距与光波波长有关。波长较短的单色光，条纹较密， 波长较长的单色光，条纹较稀。
λ
§3.1.2 等光程差面和干涉条纹形状 在屏幕上观察到等距的直线干涉条纹条件: d《D，且在Z轴附近观察 设光屏上任意点P的坐标为(x、y、z），则有:
d r1 = S1 P = x − + y 2 + z 2 2 d r2 = S 2 P = x + + y 2 + z 2 2
I0dx为宽度dx的S点元光源的强度，Δ为D点元光源发出的 两束相干光到达P点的光程差。
物理知识点光的干涉
物理知识点光的干涉光的干涉是光学中的重要概念之一，它揭示了光波的波动性质及其产生的干涉现象。
本文将依据物理知识点，对光的干涉进行详细论述。
一、干涉现象的基本原理光的干涉是指两个或多个光波相互叠加所形成的干涉图案。
干涉现象的产生需要满足两个基本条件：光源是相干光源，波长相同。
当光波经过不同路径传播后再次相遇时，它们会相互干涉，产生增强或减弱的干涉效应。
二、双缝干涉1. 双缝干涉的实验装置双缝干涉实验一般采用光源、狭缝、透镜和屏幕等组成。
光源发出的光经狭缝后，形成一个光源光斑，通过透镜聚焦后照射到屏幕上。
2. 双缝干涉的光程差当光波通过两个缝隙后再次相遇时，其传播路径的长度差称为光程差。
光的干涉现象取决于光程差的大小。
3. 双缝干涉的干涉图案双缝干涉的干涉图案呈现出一系列明暗相间的条纹，称为干涉条纹。
该条纹呈现出一定的规律性，可通过干涉公式和级差条件进行分析和计算。
三、杨氏双缝干涉实验1. 杨氏双缝干涉实验的装置杨氏双缝干涉实验是一种经典的干涉实验方法。
实验装置由一束狭缝光源、双缝、透镜和幕板等组成。
2. 杨氏双缝干涉的干涉条纹杨氏干涉条纹呈现出一系列黑白相间的圆环或直线条纹。
根据实验条件和光波的干涉效应，可以通过杨氏双缝干涉公式进行计算。
四、单缝干涉1. 单缝干涉的实验装置单缝干涉实验通常采用单缝光源、单缝和屏幕等组成。
单缝光源发出的光波通过单缝后形成一个光斑，映射到屏幕上形成单缝干涉图样。
2. 单缝干涉的干涉条纹单缝干涉的干涉条纹呈现出明暗相间且中央最亮的中央极大和两侧较暗的暗条纹分布。
单缝干涉的干涉效应可由单缝干涉公式和级差条件加以说明。
五、干涉现象的应用光的干涉在科学研究和实际应用中有着重要的意义。
1. 干涉仪干涉仪是一种基于光的干涉原理设计的精密仪器，常用于光学测量、干涉剖析和光学检测等领域。
2. 光纤通信光纤通信是一种基于光的传输技术。
光波经光纤传输时，可能会产生干涉现象，影响信号传输质量，因此需要进行干涉相关的优化和控制。
物理光学 干涉条件和杨氏干涉实验
d )2 2
y2
D2
r2 2
(x
d 2
)2
y2
D2
r22 r12 2 xd
又有 r22 r12 (r2 r1)(r2 r1)
y
S S2
S1 O
d
x r1 r2
D
y P(x,y,D) x
z
实际情况：d D, x, y D (近轴观察)
所以，光程差：
r2
r1
2xd r2 r1
2xd 2D
于是非相干叠加时的光强为 I=I1+I2
可见，在非相干叠加时，光强是均匀分布的。
2.相干叠加
如果在观察时间 内，合成光强在空间形成强弱相
间的稳定分布。这是相干叠加的重要特征。
两个振动E1和E
叠加后的光强
2
为：
I E 2 E1 E2 2
1
T
T 0
E1 E2
2 dt
| E1 |2
| E2 |2
无干涉现象
对普通光源来说，由于原子发光是间歇的、随机的、独立的，在
观察时间 内，相位差不能保持恒定,变化次数极多,可取0～2π间
的一切可能值,且机会均等。
两个独立光源（即便是两个独立的原子），或同一原子先后发出 的光波之间没有固定的位相差，因此，不能产生干涉。
·
独立(不同
·
原子发的光)
独立(同一原子先后发的光)
或 D n(r2 r1) (m 1/ 2) (m 0, 1, 2, )
I 0 P点处出现暗条纹 相消干涉
当相位差介于两者之间时，P点光强在0和4I0 之间。 结论：1、干涉条纹代表着光程差的等值线。
2、相邻两个干涉条纹之间其光程差变化量为一个波长， 位相差变化2。
第三章 光的干涉和干涉仪-2
加强
根据具体 情况而定
1
2 L 3
( k 1, 2,L )
n2 n1
M1 M2
P
r
(2k 1) 2
减弱
n1
i
A
2
D
2
n2
n1
C
d
E 4 F 5
( k 0,1, 2, L )
B
透射光的光程差 t n2 BC CE n1 EF 2n2 d cos 2
明纹
暗纹
当光程差Δ满足条件 :
极大:
2nh
极小:
2nh
2
m
2
2m 1
2
对于楔形平板，厚度相同点的轨迹是一些平行于楔棱的
等距直线，所以，楔形平板所生的等厚条纹就是一些平
行于楔棱的等距条纹.
讨论
b
n1 n
1）棱边处 h =0, 对应着
n
h
2 半波损失的又一“例证”
2n2 h sin 2
2n1h sin 2
∴ 条纹丌等间隔，中心疏，边缘密
2 反 2h n2 n12 sin 2 1 / 2 k
③、条纹级次分布: h一定时
k 反 i1 rk
k , h一定, i1 rk
R 2º相邻两环的间隔为 r rk 1 rk k 1R kR 2 k
3º复色光入射, 彩色囿环， 4º透射光不之互补 5º 动态反应 连续增加薄膜的厚度,视 场中条纹缩入。反之,冒出。 0 1 2 345…….
L D D L N 2nb b 2n
光的干涉和衍射的应用干涉仪和光纤通信的原理
光的干涉和衍射的应用干涉仪和光纤通信的原理光的干涉和衍射的应用——干涉仪和光纤通信的原理光的干涉和衍射是光学中的重要现象，具有广泛的应用。
本文将介绍干涉仪和光纤通信的原理，并探讨它们在现代科技中的应用。
一、干涉仪的原理和应用干涉仪利用光的干涉现象，通过光程差的调节来形成干涉条纹。
常见的干涉仪有迈克尔逊干涉仪和杨氏双缝干涉仪。
迈克尔逊干涉仪由光源、分束器、反射镜和接收器组成。
光源发出的光被分束器分成两束，分别经过两个路径与反射镜发生反射后再次汇聚到接收器上。
在反射镜上产生的光程差会影响到干涉条纹的形成和位置。
迈克尔逊干涉仪可以用于测量长度、折射率、介电常数等物理量。
杨氏双缝干涉仪由一条狭缝和两个相距一定距离的细缝组成。
光通过狭缝时发生衍射，形成衍射光的干涉。
干涉条纹的间距和位置与光的波长和双缝间距有关。
杨氏双缝干涉仪广泛应用于物质表面的形貌测量、精密加工等领域。
二、光纤通信的原理和应用光纤通信是一种利用光信号传输数据的通信技术。
它基于光的衍射和干涉现象以及光纤的传输特性。
光纤通信的原理是利用光在光纤中的传输特性。
光信号经过编码后由光源发出，并经过调制器调制成特定的光信号。
这些信号经过传输光纤时发生衍射和干涉，最后到达接收器。
接收器将光信号解码并转化为电信号，再经过传输介质传输至目标终端。
光纤通信具有多种应用。
首先，它具有高带宽和低损耗的特性，使得大容量的信息可以通过光纤进行高速传输。
其次，光纤通信可以实现远距离传输和长时间稳定性，广泛应用于长途通信、海底通信等领域。
此外，光纤通信还可以用于数据中心、电视传输、医疗设备等领域，为人们提供了高速、稳定的信息传输方式。
总结起来，光的干涉和衍射现象在干涉仪和光纤通信中得到了应用。
干涉仪通过光的干涉现象实现对物理量的测量；而光纤通信则利用光的衍射和干涉现象以及光纤的传输特性实现高速、稳定的信息传输。
这两个领域的技术应用为现代科技的发展做出了重要贡献，并在各个领域都有着广泛的应用前景。
物理光学第三章 梁铨廷
I
4I0
cos2 ( )
2
4I0
2 cos2 (
2
)
4I0
c os2
r2
r1
对于整个屏幕，当一些点满足 m 时，I 4I0 为光强最大值。
当一些点满足 m 1 时，I 0 为光强最小值。
2
其余点的光强在0和4I0之间。
3.4.1 光源大小的影响
第三章 光的干涉和干涉仪
当光源为理想的点光源时，产生的干涉条纹中暗条纹的强度 为零，所以K=1，条纹对比度最好。 但实际光源不可能是一个单一发光点，它是很多发光点的集 合体，每一个点光源都会形成一对相干光源，产生一组干涉条 纹。
由于各点光源位置不同，形成的干涉条纹位置也不同，干涉 场中总的干涉条纹是所有干涉条纹的非相干叠加。
IM、Im分别是条纹光强的极大值和极小值。
从定义式来看，条纹的对比度与亮暗条纹的相对光强有关。 当Im=0时，K=1，对比度最好，称为完全相干； 当IM= Im时，K=0，条纹完全消失，为非相干。 条纹的对比度取决于以下三个因素： 光源大小、光源的非单色性、两相干光波的振幅比。
3.4.3 两相干光波振幅比的影响
记此时的扩展光源宽度为临界宽度bc（=2a）。
3.4.1 光源大小的影响
第三章 光的干涉和干涉仪
1 光源的临界宽度
d / 2 bc / 2
l2
l1
l
l1
l2
bc 2
d 2
1
bc d
2l
S `S 2
S `S1
光的干涉与迈克尔逊干涉仪
光的干涉与迈克尔逊干涉仪引言：光的干涉是光学中重要的现象之一。
它是指两束或多束光波相互叠加而产生明暗交替的现象。
而迈克尔逊干涉仪则是一种用于观察光的干涉现象的设备。
本文将介绍光的干涉现象以及迈克尔逊干涉仪的原理和应用。
光的干涉现象：光波是一种电磁波，具有波动性质。
当两束光波相遇时，它们会相互叠加。
若两束光波具有相同的频率和相位，它们在相遇点处会叠加产生增强的干涉条纹，形成亮区；若两束光波的相位差为奇数倍的半波长，它们相互抵消，形成减弱的干涉条纹，形成暗区。
干涉现象的典型表现是牛顿环。
当平行光通过一靠近透镜的玻璃片时，光波在玻璃片表面和透镜表面之间多次反射和折射，形成了明暗相间的圆环。
这是由于光波经过多次反射后，相位发生了改变，从而形成了干涉现象。
迈克尔逊干涉仪的原理：迈克尔逊干涉仪是一种可以观察光的干涉现象的仪器。
它由一个光源、一个半透镜、一个分光镜和两个反射镜组成。
光源发出的光经过半透镜后成为平行光，射向分光镜。
分光镜将光束分成两束，一束射向一个反射镜，经过反射后再回到分光镜；另一束光直接射向另一个反射镜，然后经过反射后返回分光镜。
两束光再次相遇的时候，会产生干涉现象。
当两束光波重新相遇时，它们的相位会发生变化。
若两束光波的相位差为偶数倍的半波长，它们相互增强，形成亮斑；若相位差为奇数倍的半波长，它们相互抵消，形成暗斑。
迈克尔逊干涉仪的应用：迈克尔逊干涉仪在科学研究和工程实践中有广泛的应用。
例如，在光学实验中，可以使用迈克尔逊干涉仪观察光的干涉现象，进行精确测量。
此外，迈克尔逊干涉仪还可用于测量光的相干性和波长，以及制作干涉滤光片和干涉型显示器等。
在物理学领域，迈克尔逊干涉仪用来验证相对论中的光速不变原理。
迈克尔逊与莫雷共同进行的著名的迈克尔逊-莫雷实验，就是使用迈克尔逊干涉仪来测量光在两条垂直方向上传播的速度差异，结果显示光的速度不会因观测者的运动而改变，从而验证了相对论的基本原理。
总结：光的干涉现象是光学中的重要现象之一，可以通过迈克尔逊干涉仪进行观察和实验。
光的干涉的应用及危害
光的干涉的应用及危害光的干涉是指当光波束经过某些介质或装置时，由于光的波动性质而出现干涉现象。
光的干涉现象不仅是物理学中的重要现象，还有许多实际应用和一些潜在的危害。
光的干涉在许多领域都有重要应用。
下面是一些常见的应用：1. 干涉仪：干涉仪是利用光的干涉原理设计的一种仪器，广泛应用于科研、工程和医学等领域。
例如，迈克尔逊干涉仪用于测量光的相干性，通过分析干涉图案可以获取光源的波长、相干长度等信息。
这对于光学元件的研究和光学仪器的校准都非常重要。
2. 光谱学：光谱学是通过分析光的干涉图案来研究物质的结构和性质的一门科学。
干涉光谱仪采用光的干涉原理可以分析光的频谱分布，并用于分析化学、物理和生物学等领域。
例如，迈克尔逊干涉光谱仪常被用于测量分子和原子的能级结构。
3. 显微镜：干涉显微镜利用光的干涉原理，通过调整干涉度和相位差来观察显微镜下的样本。
干涉显微镜可以提供更高分辨率和更高对比度的图像，被广泛应用于材料科学、生物医学和纳米技术等领域。
4. 干涉测量：光的干涉现象可以用于测量对象的形状、表面粗糙度和位移等参数。
例如，Michelson干涉仪被用于测量物体的长度和位移，Haidinger干涉仪和多普勒干涉仪被用于测量液体的粘度和流速。
干涉测量技术在制造业、地质勘探和生物医学等领域得到广泛应用。
光的干涉也有一些潜在的危害，并需要合理管理和控制：1. 光的干涉对光学仪器的精度要求高，对仪器的制作和校准都提出了严格要求。
如果干涉仪的结构或参数出现问题，会导致测量结果的误差增大，影响实验的准确性和可靠性。
2. 光的干涉现象容易受到环境的影响，如风、震动和温度变化等。
这些外界因素会引起光路的变化，导致干涉图案失真，从而影响测量结果的准确性。
因此，在进行光干涉实验或测量时，需要采取措施来降低环境干扰。
3. 高强度的干涉光束可能对眼睛造成损伤。
例如，激光器等光源的干涉光束可能产生强光束，直接照射到眼睛上会导致视网膜损伤。
高三物理光学知识点干涉
高三物理光学知识点干涉在高三物理学习中，光学是一个重要的知识点。
其中，干涉是光学中的一个关键概念。
干涉现象指的是两个或多个光波相互叠加时所产生的干涉图样。
下面将从干涉的基本原理、干涉的分类以及干涉的应用三个方面对高三物理光学知识点干涉进行详细阐述。
一、干涉的基本原理干涉现象的产生基于光的波动性质。
光波在传播过程中会遵循波动理论，表现出波长、频率和波速等特性。
干涉的基本原理可以概括为以下几点：1. 波前：光波在传播过程中，波的前沿称为波前。
波前可以是平面波、球面波或其他形状的波。
2. 波程差：由于光波传播过程中受到的干扰，不同波前的到达时间存在差异，这个差异称为波程差。
3. 波源：干涉现象需要至少两个或多个波源，这些波源通过波形、幅度和相位等方面的差异来影响干涉的结果。
4. 叠加原理：当两个波几乎同时到达时，它们会相互叠加。
如果两个波处于同相位（相位差为整数倍的2π），则会发生增强；如果两个波处于反相位（相位差为奇数倍的π），则会发生消除。
5. 波幅和光强：在干涉现象中，波幅和光强是两个重要的物理量。
波幅表示波的振幅大小，光强表示光的强度大小。
二、干涉的分类根据波源的不同，干涉现象可以分为两类：自然光干涉和分波前干涉。
1. 自然光干涉：自然光是由多个不同频率、不同相位的光波组成。
当自然光经过光学元件后，产生的干涉称为自然光干涉。
自然光干涉的例子包括薄膜干涉和牛顿环干涉等。
2. 分波前干涉：在分波前干涉中，光波是通过一个波片或其他光学元件进行分波，然后再进行干涉。
分波前干涉的例子包括杨氏双缝干涉和劈尖干涉等。
三、干涉的应用干涉现象在现实生活和科学研究中有着广泛的应用。
1. 干涉仪器：基于干涉的原理，人们发明了很多利用干涉现象测量长度、精确定位以及分析材料特性的仪器。
如激光测距仪、干涉显微镜等。
2. 光纤通信：光纤通信是一种重要的通信方式，其基本原理是利用光的全内反射和干涉现象来传输信息信号。
光纤通信技术的发展使得信息传输更快速、稳定和长距离。
大学物理实验中的光学仪器与干涉现象
大学物理实验中的光学仪器与干涉现象【正文】大学物理实验中的光学仪器与干涉现象光学仪器是大学物理实验中不可或缺的一部分。
它们通过利用光的性质和现象，帮助我们观察和研究光的行为。
其中，干涉现象是一种重要的光学现象，对光学仪器的设计和使用起到了关键的作用。
本文将介绍大学物理实验中常用的光学仪器以及干涉现象的原理和应用。
一、光学仪器1.透镜透镜是一种能够使光线发生折射的光学元件。
它常用于聚焦和成像。
在大学物理实验中，透镜被广泛应用于光学成像和光学仪器的设计中。
透镜主要分为凸透镜和凹透镜两种类型。
凸透镜能够将光线聚焦到一点，而凹透镜则使光线发散。
2.棱镜棱镜是一种光学仪器，可以将光线按不同波长折射成不同的角度。
这是由于不同波长的光在物质中的折射率不同导致的。
在大学物理实验中，棱镜常用于分光和光谱的研究。
通过将光线分解成不同的波长，我们可以研究光的性质和组成。
3.干涉仪干涉仪是一种用于研究干涉现象的光学仪器。
它由两个或多个光波相干的光源和一个用于观察干涉现象的探测器组成。
通过干涉仪，我们可以观察到光的干涉和波动性质。
干涉仪的设计和使用非常复杂，但是它在科研和实验中有着广泛的应用。
二、干涉现象干涉现象是指两个或多个波相交产生的光的相互作用。
它产生的结果是光的增强或减弱，这取决于光波的相位差。
常见的干涉现象包括光的干涉条纹和干涉色彩等。
1.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉是一种经典的干涉现象。
当一束平行光通过两个互相靠近的缝隙时，光线将发生干涉。
产生的干涉条纹可以帮助我们研究光的波动性质。
2.薄膜干涉薄膜干涉是指光通过透明薄膜时产生的干涉现象。
这是因为光在不同介质中的折射率不同，导致光波的相位发生变化。
薄膜干涉现象常见于油膜、附着在玻璃表面上的氧化膜等实验中。
3.牛顿环牛顿环是一种由透镜和玻璃片等光学元件产生的干涉现象。
当通过透镜的平行光与玻璃片表面产生反射和折射时，会形成一系列明暗相间的圆环。
这些圆环称为牛顿环，通过测量它们的直径和距离，我们可以计算出透镜和玻璃片的曲率和折射率。
《光的干涉》 知识清单
《光的干涉》知识清单一、光的干涉现象当两列或多列光波在空间相遇时，在某些区域，光的强度始终加强，而在另一些区域，光的强度始终减弱，形成稳定的强弱分布的现象，这就是光的干涉现象。
生活中常见的光的干涉现象有肥皂泡上的彩色条纹、水面上薄油膜的彩色条纹等。
二、光的干涉条件要产生光的干涉现象，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，在相遇时才能产生稳定的干涉现象。
如果两束光的频率不同，它们的相位差会随时间快速变化，无法形成稳定的干涉条纹。
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，它们之间不会发生干涉。
3、两束光的相位差必须恒定。
相位差恒定意味着两束光在相遇点的振动情况能够保持稳定的关系，从而形成稳定的干涉条纹。
4、两束光的光程差不能太大。
光程差太大时，两束光的相干性会减弱，难以观察到明显的干涉现象。
三、双缝干涉1、实验装置在杨氏双缝干涉实验中，让一束单色光通过一个具有两条狭缝的挡板，在挡板后面的屏幕上就会出现明暗相间的条纹。
2、条纹特点（1）明暗相间且等间距。
（2）中央为亮条纹，两侧对称分布着明暗相间的条纹。
3、条纹间距公式Δx ＝Lλ/d其中，Δx 表示条纹间距，L 是双缝到屏幕的距离，λ 是光的波长，d 是双缝之间的距离。
4、光强分布亮条纹处光强较强，暗条纹处光强较弱。
四、薄膜干涉1、形成原因当一束光照射到薄膜上时，在薄膜的上表面和下表面分别发生反射，这两束反射光在某些情况下会发生干涉。
2、常见实例（1）肥皂泡上的彩色条纹。
肥皂泡的薄膜厚度不均匀，不同位置反射光的光程差不同，导致出现彩色条纹。
（2）水面上薄油膜的彩色条纹。
油膜在重力作用下厚度不均匀，从而产生干涉现象。
3、增透膜和增反膜（1）增透膜：在光学元件表面镀上一层厚度适当的薄膜，使反射光干涉相消，从而增加透射光的强度。
（2）增反膜：使反射光干涉加强，增加反射光的强度。
五、光的干涉的应用1、测量波长通过测量双缝干涉条纹的间距，可以计算出光的波长。
光学干涉和干涉仪的原理和应用
光学干涉和干涉仪的原理和应用在光学领域中，干涉是一种常见的现象。
所谓干涉，就是指两束或多束光线相互作用时，产生干涉现象，使得光线的强度、相位和方向等发生变化。
光学干涉是研究光学的基础，其原理和应用广泛涉及光学、物理、天文学、化学和生物学等领域。
在实际应用中，干涉仪作为一种重要的光学测量工具，被广泛应用于科学研究和工程技术领域。
一、光学干涉的基本原理光学干涉是在光线的相互作用下所形成的强度和相位的变化，通常表现为互相干涉或互相破坏的结果。
光线的干涉过程可分为两种类型：相干干涉和非相干干涉。
相干干涉是指两束相干光线之间叠加干涉时所发生的干涉现象。
相干光线具有相同的频率、波长和相位，且能够互相干涉。
干涉形成的光场分为互补和互相抵消的两部分，在特定的条件下，能够形成光学干涉条纹。
典型的相干光源包括激光器、同步辐射光源等。
非相干干涉则是指两束非相干光线之间叠加干涉时所发生的干涉现象。
非相干光线具有不同的频率、波长和相位，无法互相干涉。
因此，非相干干涉形成的干涉条纹较为模糊，一般应用于光学显微镜等常见的成像系统中。
无论是相干干涉还是非相干干涉，干涉现象都是由干涉光程差导致的。
干涉光程差可以通过以下公式来计算：ΔL = L1 - L2 + nλ (n为干涉次数，λ为光波长，L1和L2分别为两束光线从源到屏幕所经过的光程)当光程差满足λ/2或整数倍时，两束光线互相干涉并在屏幕上形成亮度最大的点，而当光程差满足λ的奇数倍时，两束光线互相抵消而出现黑暗条纹。
二、干涉仪的基本结构和原理为了测量和观察光学干涉现象，人们发明了各种不同类型的干涉仪。
干涉仪是一种用来测量光线强度变化的仪器，能够测量和分析光波的干涉特性和相位差。
最常见的干涉仪包括杨氏干涉仪、菲涅尔双棱镜干涉仪、佩尔金干涉仪等。
杨氏干涉仪是最基本的白光干涉仪，它由一束激光通过一个光学分束器产生两个相干光束，经过镜片反射后再次合成，产生干涉条纹。
在试验中，从杨氏干涉仪的两个反射出射光束中任意一个分离的小部分中挑选一小段空间，就可以看到梳状干涉带。
光的干涉和干涉仪
光的干涉和干涉仪光的干涉是指两束或多束光波相遇产生的干涉现象。
干涉是光的波动性质的重要表现，它不仅能够揭示光的特性，还在实际应用中具有重要的意义。
一、光的干涉现象光的干涉是指两束或多束光波相遇时，由于光波的叠加作用产生的明暗条纹现象。
这种现象是由于光波的相长和相消干涉而形成的。
1. 干涉条纹的形成当两束光波相遇时，会出现相长或相消的情况。
当光波的相位差为整数倍的波长时，光波相长，亮纹出现，形成明条纹；当相位差为奇数倍的半波长时，光波相消，暗纹出现，形成暗条纹。
通过光的干涉条纹的形态，可以得到光波的相位差，进而了解光波的特性。
2. 干涉条件光的干涉需要满足一定的条件才能产生干涉现象：- 光源应为相干光：只有相干光（即波长相同、频率相同、相位相同的光）才能产生干涉现象。
- 光的波长确定：不同波长的光在相遇时会发生衍射现象，难以观察到明显的干涉条纹。
二、光的干涉应用：干涉仪干涉仪是一种利用光的干涉原理进行测量、研究的仪器。
干涉仪广泛应用于科学研究、仪器测量、光学工程等领域。
1. 干涉仪的组成干涉仪主要由光源、分束器、干涉臂、反射镜、反射片等部件组成。
光源发出的同相干光经过分束器分为两束，分别经过不同的光程后，再次相遇形成干涉。
2. 光程差的测量干涉仪可以通过测量光波的相位差，从而获得待测对象的光程差。
利用干涉仪进行光程差测量，可以应用于表面形貌测量、薄膜厚度测量、折射率测量等领域。
3. Michelson干涉仪Michelson干涉仪是一种经典的干涉仪，由美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊发明。
它利用校正纹理环的干涉现象，常用于光速测量、精密角度测量等领域。
4. Fabry-Perot干涉仪Fabry-Perot干涉仪是由法国物理学家夏尔·法布里和阿尔贝特·佩罗发明的。
它由两个平行光学平面构成，利用多次干涉来增加干涉的强度，广泛应用于气体光谱学、光纤传输等领域。
总结：光的干涉是光波相遇产生的干涉现象，通过观察干涉条纹可以了解光波的相位差和特性。
光的干涉迈克尔逊干涉仪法布里-珀罗干涉仪
如果两束光的强度相同，即振幅都等于A1，则相 干光强应为 2 2 2 2 2 I A1 A1 2 A1 cos 4 A1 cos 2 通常情况下，它介乎最大值4A12和最小值0之间。 如果相位差连续改变，则光强变化缓慢，如图： 2
I 4 I 0 cos
2
-4 -3
2 4 n2 d 0 cos i2
n1
n2
d0
n1
3 (1 ) A0
3
4
若第一束透射光的初相位为0，则各光束的初相位依次为
0, , 2 , 3 , 4 , L
则在L2焦平面上P点处，各光束的振动方程为：
E1 ( 1 ) A0 cos(t )
1 A0
则第一次从G′透射光的振幅为
d0
(1 ) A0
则第二次从G′透射光的振幅为
(1 ) A0
依次类推，从G2透射出的光的振幅分别为以为公比的等 比数列。
(1 ) A0 , (1 ) A0 , 2 (1 ) A0 , 3 (1 ) A0
2
j 0, 1, 2,...
亮条纹 振幅最大为A0 1 暗条纹 振幅最小为 1 A0
2 2
② 暗、亮条纹强度比
1 2 1 A
1 A 1
∴ ρ 越大，上式比值越小，可见度越高；反之，可见度越低。 ③ ρ→0时，无论φ如何变化，A=const，最大值与最小值相等， 亮、暗条纹无法区分，可见度为 0；
-5π
-4π
-3π
-2π
-π
0
π
2π
3π
4π
5π
(物理光学)第十二章 光的干涉和干涉系统-3
图11-16 用扩展光源时楔行平板产生的定域条纹 a)定域面在板上方 b) 定域面在板内 c) 定域面在板下方 定域面在板上方
3）楔板的角度越小，定域面离板越远，当平行时， ）楔板的角度越小，定域面离板越远，当平行时， 定域面在无限远处； 定域面在无限远处； 4）在实际工作中，β不一定为0，干涉条纹不只局 ）在实际工作中， 不一定为 ， 限于定域面上， 限于定域面上，而是在定域面前后一定范围内可以 看到干涉条纹，这个区域称为定域深度。 看到干涉条纹，这个区域称为定域深度。 5）条纹观察：定域面随系统不同而不同，观察不 ）条纹观察：定域面随系统不同而不同， 由于人眼有自动调焦功能，观察比仪器方便。 便，由于人眼有自动调焦功能，观察比仪器方便。
α
∆e
¶ 测量平行平板的平行度和小角度光楔的楔 角
α
L3 G L1 L2
Q 激光平面干涉仪
∆e
¶ 测量透镜的曲率半径
D2 1 1 D2 h= ∆k − = 8 R1 R2 8
D h R1 Q R2 P
h=N⋅
λ
2
D2 N = 2 ∆k 4λ
P L Q
球面干涉仪
小结： 小结： 基本特点：（ ） 基本特点：（1）属于等厚干涉 ：（ （2）干涉光束，一个来自标准反射面， ）干涉光束，一个来自标准反射面， 一个来自被测面。 一个来自被测面。 重点掌握：（ ）光程差与厚度的关系。 重点掌握：（1）光程差与厚度的关系。 ：（ （2）厚度变化与条纹弯曲方向的关系。 ）厚度变化与条纹弯曲方向的关系。 （3）干涉面间距变化与条纹移动的关系。 ）干涉面间距变化与条纹移动的关系。 条纹分析： 条纹分析：
12－ §12－4
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条件
2、两迭加光波光矢量的振动方向相同；
3、两迭加光波的位相差固定不变。
以上所述三个必要条件通常称为相干条件，满足这三 个条件的光波称为相干光波，相应的光源称为相干光源。 只有相干光波才可能产生光的干涉现象。
关于振动方向的说明：当两个叠加光波振动方向垂直 时，不产生干涉（光强=I1+I2）；当两个叠加光波振动方 向平行时，产生干涉；当两个叠加光波振动方向之间有一 夹角时，只有两光波的平行分量产生干涉。
如右上图所示，当用两个貌似相同的光 源照明两个小孔S1和S2时，在观察屏上无论 如何也看不到强弱变化的干涉条纹。
但是如果只用一个很小的“单色”光源 照明时，如右下图所示，在观察屏上立刻 可以看到强弱变化的干涉条纹。如果改用 日光灯通过一个小孔照明两个小孔时，还 可以看到彩色的干涉条纹。
上述现象说明：两个独立的、彼此没有关联的普通光 源发出的光波不会发生干涉现象。只有当两个光波来自 同一个光源，即由同一个光波分离出来的时候它们才可 能发生干涉。
教学目的：
1. 深入理解两个光波的非相干叠加和相干叠加， 深入理解相干条件和光的干涉定义；
2. 了解光干涉的本质及双光束干涉的一般理论； 3. 牢固掌握扬氏双光束非定域分波前干涉装置的
干涉光强分布的各种规律； 4. 牢固掌握分振幅等顷干涉的条纹形状、光强分
布规律、定域问题及其应用；
5. 牢固掌握分振幅等厚干涉的条纹形状、光强分布 规律、定域问题及其应用；
I I1 I2 2 I1I2 cos
这表示P点的平均光强度取决于两光波在P点的相位差
δ，它可以大于、小于和等于两光波强度之和。由于叠
加区域内不同的点有不同的相位差，所以不同点将有不
同的光强度，即两光波产生干涉现象。
结论：只有两个光波有着紧密关联，这两个光波才会发
生干涉。具体条件为：
必要
1、两迭加光波光矢量频率相同；
从获得满足干涉条件的方法上分，干涉仪分为两 类：分波前干涉仪和分振幅干涉仪。从后面的分析 将可以看到：前者只容许使用足够小的光源，而后 者可把光源尺寸拓展，因而可以获得强度较大的干 涉效应。
历史上最早使用实验方法研究光的干涉现象的是 Thomas Young。其后菲涅耳等人用波动理论很好地 说明了干涉现象的各种细节，至20世纪初干涉理论 可谓已相当完善，本世纪三十年代，范西特和泽尼 克发展了部分相干理论，使干涉理论进一步臻于完 善。
2a1a2
1
c osd
0
如果在时间τ内各个时刻到达的两光波的位相差δ迅 速且无规则地变化，多次经历0和2π之间的一切数值，则 上式积分：
1
cosd 0
0
I
a12
a
2 2
I1
I2
即P点不发生干涉现象。两个独立光源发出的光波的叠
加，就是这种情况。如果位相差固定不变，则：
1
cosd cos
0
I a12 a22 2a1a2 cos
I a12 a22 2a1a2 cos
式中a1和a2为两光波的振幅，δ为两光波的位相差。 在观测时间τ内，应该有许多波列通过P点，并且每对波 列都可能产生不同的强度，因此在P点观察到的强度是时 间τ内的平均强度：
I 1
Id 1
0
0
a12 a22 2a1a2 cos
d
a12
a22
由于同一原子先后发出的光及同一瞬间不同原子发出 的光的频率、振动方向、初相位、发光的时间均是随机 的，没有固定的位相和偏振关系，无法形成稳定光强分 布，而接收器灵敏度有限，只能记录光强的时间平均值， 因此观察不到干涉现象。
∵
∴
不相干(不同原子发的光)
不相干(同一原子先后发的光)
如图所示，两同频 同振动方向光波迭加区 域内某点P, 分振幅法：利用两个部分 反射的表面通过振幅分割 产生两个反射光波或透射 光波。如薄膜干涉。
注意：由于光源辐射的光波是一段段有限长度的波列， 进入干涉装置的每个波列也都分成同样长的两个波列， 当它们达到相遇点的光程差大于波列长度时这两个波列 就不能相遇。这时相遇的是对应光源前一发光时段和后 一发光时段发出的波列，这样一对不同时刻的波列不满 足相干条件，不会产生干涉。因此，要使两迭加光波能 发生干涉，必须使光程差小于光波的波列长度。
三、光波分离方法
由于原子发出光波波列的相位、频率和振动方向的随 机性，因此不满足相干条件。要获得严格满足相干条件的 相干光，只能将源于同一波列的光通过一定的装置分成几 束光波， 然后使其经过不同的途径相遇叠加令其产生干 涉。 1、分波前（阵面）法
分波前法：把光波的波 （前阵面）分为两部分。 如杨氏双缝干涉实验。
一般说来光源、干涉装置（能产生两束或多束光波 并形成干涉现象的装置）和干涉图形构成干涉问题的 三个要素。其中，“光源”的性质由位置、大小、亮 度分布和光谱组成等因素决定；干涉装置的性质主要 体现它对各个光束引入的位相延迟；干涉图形由光强 分布描述，包括干涉条纹的形状、间距、反衬度和颜 色等。通常它可以被直接测量。对干涉问题的研究主 要是研究这三个要素之间的关系，达到由其中两者求 出第三者的目的。
6. 牢固掌握迈克耳逊干涉仪的结构特点，改变间隔d 时的干涉条纹变化以及干涉仪的应用；
7. 牢固掌握干涉场可见度的定义，光波场的空间相 干性和时间相干性对于干涉可见度的影响；
8. 掌握光的相干条件，相干光的获得方法，光源 的相干性。
本章概述：
光的干涉现象是指当两个或多个光波（光束）在 空间相遇叠加时，在叠加区域内出现的各点强度稳定 的强弱分布现象。本章的研究只局限于两光束干涉， 下一章将研究多光束干涉。由于实际光波不是理想单 色光波，因而要使实际光波发生干涉，必须利用一定 的装置,让光波满足某些条件（干涉条件）。使光波 满足干涉条件的途径有多种，因此，相应地有多种干 涉装置（干涉仪）。
第一节 实际光波干涉及实现
一、光的干涉现象
在两束(或多束)光在相遇的区域内,各点的光强可 能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。
稳定干涉是指在一定的时间间隔内，光强的空间分布 不随时间改变。
强度分布是否稳定是区别相干和不相干的主要标志。
二、相干条件