《大学物理光的干涉》PPT课件

求A处平面玻璃片和柱面之间空气隙的高度
例3. 在一洁净的玻璃片上放一滴油，当油滴展
干涉条纹的间距
x
x D /(2a)
二. 菲涅尔双面镜
S1
2a
r1
r2
P O
三. 洛埃镜实验
S2
D
例1：双缝干涉中，双缝间距d=0.5mm，双缝
至屏的距离为 D=25cm，若光源是由波长 为
400nm 和600nm 的两种单色光组成，则：
1.干涉条纹间距分别为多少？
2.距中央明纹多远处两种光线的亮纹第一次重
明环
kR
k 0.1.2.3. 暗环
3)讨论：
① r = 0 的地方，是零级暗纹；
② 条纹不是等间距的，越外越小
③ rk
白光入射时将出现 由紫到红的彩色条纹
④ 中间填充介质，仍有一条光线有半波损失
n
4)应用：
1）测量光波长；
2）检查平面玻璃是否平坦， 凹透镜的曲率是否付合要求
标准透镜
被检体
r2 O
x
O
D
例3：在杨氏双缝实验中，当作如下调节时， 观察屏上的干涉条纹将如何变化并说明理由
1). 2a 不变，D 减小； 2).单色光源S 变成复色缝光源 ；
3).用一云母片盖住任一个缝 ； 4).整个双缝实验装置放入水中
x D
2a D
x明 k 2a
复习： 14-1，2，3
预习： 14-4
条纹级数 k = ?
r2 k5
rk 2
5R
k
5rk 2
r2 k5
rk 2
例2.将平面玻璃片覆在平 凹柱面透镜的凹面上
1)若单色平行光垂直照射，从反射光中观察现象，试说 明干涉条纹的形状及其分布情况；
A
2)A当处照是射暗光的波，长然后连续改1 变照5射00光n波m波时长，直平到凹波透长镜变中为央 2 600nm时，A处又重新变暗，
光是一个复杂的客体，它的本性只能通过它的表现来确定。 它的某些方面象波而另一方面象微粒（波粒二象性）。但它既 不是经典的波，也不是经典的微粒，也不是二者的混合体。
从20世纪50年代起，出现了“相干光学”、“纤维光学”、 “全息光学与全息技术”…. 它是既年轻又古老的科学，也是现代技术的基础 光学的发展仍可用“方兴未艾，前途无量”来形容
暗纹
2.增透与增反
问题：组合透镜中，反射光能损失20％左右 解决办法：在透镜表面镀膜
增反：
2n2e k k 0,1
增透(减反)：
2n2e (2k 1) 2 k 0,1
？思考：计算光程差时，什么情
况下要加上
2
e n1 1.0
n2 1.38 n3 1.50
可由此波长推出 要镀膜的厚度
合，各为第几级？
解：1.
x D
d
2. 第一次 重合
k22 k11
k1 k2 1
例2：双缝干涉中，入射光波长为，双缝至屏 的距离为D，在一缝后放一厚为b的透明薄膜，
此时中央明纹处仍为明纹，求该明纹的干涉级
解：
nb b
S1 nb
(n 1)b d
k
S2
k (n 1) b
X
r1
P
1900年普朗克提出了“热幅射量子理论”，爱因斯坦提出了 光子理论，将光看成一束粒子流与电磁波动说相抗衡
二者各“山自重统水治复着疑自无已路的，领柳域暗。花明又一村”
1924年法国人德布罗意（De.Broglie)大胆提出了“物质波” 的概念，尔后薛定谔、海森伯等人创建了量子力学，又将二者 统一起来。
光学概述
一.光的机械微粒学说(17世纪--18世纪末)
代表：牛顿
v水 v空气
对立面：惠更斯--波动说
v水 v空气
分歧的焦点：光在水中的速度
1850年佛科（Foucauld）测定 微粒说开始瓦解
v水 v空气
二.光的机械波动说(19世纪初--后半世纪)
二.光的机械波动说（19世纪初--后半世纪） 英国人托马斯.杨(T.Young)和法国人菲涅尔(A.T.Fresnel)通
l=
2n2 sin
条纹为平行于棱边明暗相间等间隔的直条纹，棱
边处(e=0)为暗纹
2.增透与增反
增反： 增透(减反)：
2n2e k k 0,1
2n2e (2k 1) 2
k 0,1
3.牛顿环
(2k 1)R
rk
2
k 1.2.3.
明环
kR
k 0.1.2.3. 暗环
① r = 0 的地方，是零级暗纹；
分类：
1）几何光学--研究光的直线传播及光学仪器的 制造；
2）波动光学--研究光的波动性；
3）量子光学--研究光与物质的相互作用。
复习 波的干涉
1. 相干条件
同频率、同振动方向、相位差恒定
2. 相长与相消干涉条件
2k 加强 (2k 1) 减弱
第14章 光的干涉
14.1 相干光及其获得 14.2 光程 光程差 14.3 分割波面法产生的光的干涉 14.4 分割振幅法产生的光的干涉 14.5 迈克尔逊干涉仪
* 14.6 干涉条纹的可见度 时间相干性与空间相干性
14.1 相干光及其获得
一.光矢量、光强度 二.光源、热光源的特点 三.光波的叠加
相干叠加与非相干叠加
四.相干光：同频率、同振动方向、相位 差恒定
五.相干光的获得 1)分波阵面法 2)分振幅法
14.2 光程 光程差
一.问题的提出
二.光程 ni ri
② 条纹不是等间距的，越外越小
③ rk
白光入射时将出现 由紫到红的彩色条纹
④ 中间填充介质，仍有一条光线有半波损失
n
4)应用：
1）测量光波长；
2）检查平面玻璃是否平坦， 凹透镜的曲率是否付合要求
标准透镜
被检体
被检体
被检体 被检体
例1.牛顿环的R＝4.5m，第k 级暗环半径
rk 4.950mm, 第k+5 级暗环半径 rk5 6.065mm, 求：入射光波长及
n2 n1
1
L
2
P
iD
3
M1 n1 n2
A
C
e
M2 n1
B
E
4
5
2en2 cos
2
2e
n22
n12
sin2
i
2
§14-4 分割振幅法产生的光的干涉
一. 薄膜干涉（最典型）
2e
n22
n12
sin2
i
2
=
k (2k 1)
2
(明) (暗)
问题：k 能取0 吗？ k 1, 2, 3,...
作业： 练习十二
例3：在杨氏双缝实验中，
当作如下调节时，观察屏
S1
上的干涉条纹将如何变化 2a
并说明理由
S2
1).2a 不变，D 减小；
2).单色光源S 变成复色缝光源 ；
3).用一云母片盖住任一个缝；
4).整个双缝实验装置放入水中
x
r1
P
r2
O
D
x D
2a D
x明 k 2a
第14章 光的干涉
代入（2）：
l
2n2 sin
l
2n2 sin
l
l
结论：
ek
A）劈尖的等厚干涉条纹是等间距的
B）劈尖的棱角 越小，条纹间距越宽 C） l , 光波波长越长，条纹间距越大
劈尖干涉的应用：
ek 1
1)检查平面与直角：
被检体
被检体
被检体
被检体
1)检查平面与直角：
标 准 角 规
被检体
标
被检体
准
角
被检体
被检体 被检体
例1.牛顿环的R＝4.5m，第k级暗环半径 rk 4.950mm, 第k+5级暗环半径
rk5 6.065mm, 求：入射光波长及 条纹级数 k = ?
例2.将平面玻璃片覆在平 凹柱面透镜的凹面上
1)若单色平行光垂直照射，从反射光中观察现象，试说 明干涉条纹的形状及其分布情况；
O
R R
rk
O’
n=1
ek
rk
2ek
2ek
2
2
=k
=(2k
1)
明纹…(1)
/ 2 暗纹…(2)
O
rk2 =R2 (R ek )2 =2 Rek ek2
2 Rek
ek 2
ek
rk2 2R
O’
代入（1）、（2）式：
(2k 1)R k 1.2.3.
rk
2
kR
k 0.1.2.3.
14.3 分割波面法产生的光的干涉
一.杨氏双缝干涉 二.菲涅尔双面镜 三.洛埃镜实验
明暗纹位置
x
S1
2a
r1
r2
P O
S2
D
x
k D
2a
(2k 1) D
4a
k 0,1, 2 （明） k 1, 2, 3 （暗）
干涉条纹的间距
x D /(2a)
§14-4 分割振幅法产生的光的干涉
一. 薄 膜 干 涉
讨论：
1.i 恒定，则 (e)
等厚干涉
2.e 恒定，则 (i)
等倾干涉
§14-4 分割振幅法产生的光的干涉
一. 薄膜干涉（最典型）
2e
n22
n12
sin2
i
2
二. 等厚干涉
=
k (2k 1)
2
(明) (暗)
1.劈尖干涉
1.劈尖干涉
sin i 0
n1
设每一干涉条纹对应的薄膜厚度分别为：
14.1 相干光及其获得 14.2 光程 光程差 14.3 分割波面法产生的光的干涉 14.4 分割振幅法产生的光的干涉 14.5 迈克尔逊干涉仪
* 14.6 干涉条纹的可见度 时间相干性与空间相干性
14.1 相干光及其获得
一.光矢量、光强度 二.光源、热光源的特点 三.光波的叠加
相干叠加与非相干叠加
A
2)当照射光波长
1 500nm 时，平凹透镜中央
A处是暗的，然后连续改变照射光波波长直到波长变为
2 600nm时，A处又重新变暗，
求A处平面玻璃片和柱面之间空气隙的高度
复习： 14-4
预习： 14-5，*6
作业： 练习十三
第14章 光的干涉
14.1 相干光及其获得 14.2 光程 光程差 14.3 分割波面法产生的光的干涉 14.4 分割振幅法产生的光的干涉 14.5 迈克尔逊干涉仪
R
n=1
rk
ek
rk明环
暗环
(2k 1)R
rk
2
k 1.2.3.
明环
kR
k 0.1.2.3. 暗环
3)讨论：
① r = 0 的地方，是零级暗纹；
② 条纹不是等间距的，越外越小
rk1 rk (k 1)R kR ( (k 1) k )1 R
(2k 1)R
rk
2
k 1.2.3.
* 14.6 干涉条纹的可见度 时间相干性与空间相干性
相干光的获得
1.分波阵面法 杨氏双缝干涉
反射，n2 最大
或最小时
2.分振幅法
2e
n22
n12
sin2
i
2
=
k (2k 1)
2
(明) (暗)
i 恒定， (e)
等厚干涉
e 恒定， (i) 等倾干涉
等厚干涉
1.劈尖干涉
ek1 ek 2n2
规
2）测量微小厚度和微小厚度变化
2）测量微小厚度和微小厚度变化
l
2n2 sin
l L
n2=1
纸
d
l 用测微显微镜测出L、 ，即可得到d
sin tg d
L
d Ltg Lsin L
2l
2）测量微小厚度和微小厚度变化
薄膜厚度增加时，条纹下移，厚度减小时 条纹上移。
薄膜的 增加时，条纹下移， 减小时
过干涉、衍射、偏振等实验证明了光的波动性及光的横波性。
性质：弹性机械波，在机械以太中传播。 三.光的电磁说（19世纪的后半期---）
19世纪后半期Maxwell建立电磁理论，提出了 光的电磁性，1887年赫兹用实验证实。
性质：电磁波在电磁以太中传播 四.光的量子说（20世纪初---）
电磁波动说在解释“热幅射实验”及“光电效应”等实验 遇到困难。
条纹上移。
显然，从视场中移动了m个条纹，薄
膜厚度改变了：
e m
2
§14-4 分割振幅法产生的光的干涉
一. 薄膜干涉（最典型）
2e
n22
n12
sin2
i
2
二. 等厚干涉
=
k (2k 1)
2
(明) (暗)
1.劈尖干涉
ek1 ek 2n2
l=
2n2 sin
条纹为平行于棱边明暗相间等
间隔的直条纹，棱边处(e=0)为
3.牛顿环
显 微 镜
1)装置： A--曲率半径很大的凸透镜
B--平面光学玻璃 干涉图样：
半反 射镜
r
A 随着r的增加而变密！
B
2)定量分析
垂直入射时的干涉条件
2ek n2 2ek n2
2
2
=k
=(2k
1)
2
中，n2 = 1
2ek 2ek
2
2
=k
=(2k
明纹…(1)
1) / 2
暗纹…(2)
三.干涉加强与干涉减弱的条件
2k
明
(2k 1) 暗
k
(2k
明 1)
(k
1, 2, 暗
)
2
四.透镜的等光程性
在光路中引入透镜不产生附加的光程差
14.3 分割波面法产生的光的干涉
一.杨氏双缝干涉
明暗纹位置
x
k D
2a
k 0,1, 2
(2k 1) D k 1, 2,
(明) (暗)
4a
wenku.baidu.com
e1 .e2 .e3 ek
{
2en2
=
2
k (2k 1)
明纹 暗纹
2
……(1)
k 1.2.3.
如条纹间距离为 l l sin ek 1 ek …(2)
l
由明纹公式：
ek
ek 1
{2ek n2
2
k …(3)
2ek 1n2
2
(k 1)
…(4)
(4)式-(3)式:
ek 1 ek 2n2 …(5)
四.相干光：同频率、同振动方向、相位 差恒定
五.相干光的获得 1)分波阵面法 2)分振幅法
14.2 光程 光程差
一.问题的提出
二.光程 ni ri
三.干涉加强与干涉减弱的条件
2k
明
(2k 1) 暗
k
(2k
明 1)
(k
1, 2, 暗
)
2
四.透镜的等光程性
在光路中引入透镜不产生附加的光程差