光学干涉复习纲要.ppt
光的干涉复习摘要,光的干涉复习摘要：一、基本要求,1、理解获得相干光的方法；,2、掌握光程的概念以及光程与相位的关系。,3、能分析、确定双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置。,4、了解迈克尔逊干涉仪的工作原理。,光的干涉复习摘要：二、内容提要,1、光传播的基本知识,光是一种电磁波，可见光波长范围400760nm；,单色光由一种介质进入另一种介质时，由于折射率改变，其传播速度改变（vc/n）;波长改变（/n）;但频率不变。,1、光传播的基本知识,光的干涉复习摘要：二、内容提要,复色光在介质传播时，介质对不同波长成分（或不同频率）表现出不同折射率，这种现象称为光的色散。,1、光传播的基本知识,光的干涉复习摘要：二、内容提要,发光：分子、原子的振动产生的电磁辐射、对应着分子、原子能量状态的突变。,波列：分子、原子的发光是随机的，每次发光约持续=10-8s时间，发出一个有限长度的光波波列L。,色散形成的彩色光带叫光谱。,1、光传播的基本知识,光的干涉复习摘要：二、内容提要,2、光的干涉,干涉是波动的共性之一；,满足一定条件的两列波相遇叠加，出现某些点处光振动始终加强，某些点处始终减弱的现象，称为光的干涉。,在干涉区域内光振动强度有稳定的空间分布，可观测到明暗相间的干涉条纹。,相干条件,(1)两束光的频率相同；,(2)两束光的振动方向相同；,(3)在叠加处两束光的振动有恒定的相位差。,(4)在叠加处两束光的光程差小于一个波列的长度(相干长度)。,相干长度,将光源上同一点发出的光通过分波面、分振幅两种方法获得。,光的干涉复习摘要：二、内容提要,3、干涉相长、干涉相消,相干叠加时，干涉场中某点处的光强取决于光振动矢量的合成。,两列相干光振幅A1、A2确定后，相干光强由两列光在干涉点上光振动的相位差(=2-1)决定。,或,干涉极大处=2k（k0,1,2,）,干涉极小处=(2k+1)（k0,1,2,）,明暗中心之间的光强连续变化。,明纹,暗纹,光的干涉复习摘要：二、内容提要,4、光程、光程差,光程，光在介质中传播几何路程r与折射率n的乘积nr。,光程差，两束光从光源到相干点处的光程之差。,半波损失，光从光疏介质射向光密介质，反射时反射光相位突变，相当于/2光程。,设介质折射率为n，几何路程相差r两处的光振动相位差为,相位差，若两束光光程差可知，可根据下式求得,折射光无半波损失；透镜不引起附加光程差。,光的干涉复习摘要：二、内容提要,5、杨氏双缝干涉,相干光的获得，分波阵面法。,干涉条纹,光程差,明纹暗纹,干涉条纹的宽度,光的干涉复习摘要：二、内容提要,光的干涉复习摘要:二、内容提要,6、薄膜干涉,相干光的获得，分振幅法。,增透膜、增反膜,薄膜上下表面反射光的光程差,当i=0时，光程差为：,光学成像仪的物镜前表面均匀的镀一层适当厚度的透明介质，使膜的前后反射干涉相消，则反射减弱，透射相对增强，即增透膜。,6、薄膜干涉,(1)等倾干涉,面光源上各点的等倾干涉干涉条纹严格重合，它们的非相干叠加增加了条纹的亮度。,扩展光源照明平行平面薄膜,光源上一点向膜发出的倾角相等的光线构成一个圆锥面，经膜反射后在焦平面上形成一个圆；（同心圆环）,中心条纹级次最高；,内疏外密。,光的干涉复习摘要:二、内容提要,6、薄膜干涉,(2)等厚干涉,劈尖干涉,平行光以一定倾角入射厚度不均匀的薄膜,等厚干涉的条纹对应膜的等厚线。,干涉的极值条件,等厚干涉的条纹只形成在薄膜表面。,相邻两级条纹对应膜的厚度差,空气劈尖棱边呈暗纹。,光的干涉复习摘要:二、内容提要,6、薄膜干涉,(2)等厚干涉,牛顿环干涉,干涉的极值条件,膜的厚度与干涉环半径关系,同心圆环，中心为暗斑。,光的干涉复习摘要:二、内容提要,平凸透镜下表面和平板玻璃上表面之间的空气空气薄膜,6、薄膜干涉,(3)迈克尔逊干涉仪,M1,空气膜,光的干涉复习摘要:二、内容提要,6、薄膜干涉,(3)迈克尔逊干涉仪,干涉光源形成分振幅法,当M1、M2严格垂直时，产生等倾干涉,从S到光屏O，两相干光形成的光程差,中心O明暗条件,当M1、M2不严格垂直时，产生等厚干涉,=2L2-2L1,=2（L2-L1）,=2d,当空气膜厚度改变/2时，中心条纹级次改变1。,当中心条纹级次改变N，空气膜厚度改变：,d=N/2,光的干涉复习摘要:二、内容提要,光的干涉解题指导:三、解题指导,分析干涉问题步骤如下：,1、弄清那两束光在干涉；,2、正确计算出相干光在干涉点处的光程差。,注意半波损失的附加光程差。,3、分析干涉条纹的特点。,4、讨论干涉条纹空间分布时，必须考虑半波损失；,5、讨论某处干涉条纹变动时，不必考虑半波损失。,四、问题讨论,光的干涉解题指导,1、观察肥皂泡干涉时，刚吹起的肥皂泡没有颜色，吹到一定大小时会看到彩色，且随着泡的增大而扩展，当彩色消失呈现黑色时，肥皂泡破裂，为什么？,#刚吹时，泡壁太厚不能形成干涉；,#当膜厚趋于0时，光程差只有半波损失引起的/2，呈现暗纹，即黑色。,四、问题讨论,光的干涉解题指导,2、杨氏双缝干涉实验条件作如下变化，干涉条纹将怎样变化？,（1）、线光源S沿平行与S1、S2连线方向作微小移动；,（2）、加大双缝间距d；,（3）、把整套装置浸入水中。,#条纹整体向上移动；,#条纹宽度,#将上式中的波长用水中波长.,四、问题讨论,光的干涉解题指导,3、杨氏双缝干涉实验中：,(1)如果用两只灯泡分别照亮S1、S2窄缝，能否看到干涉条纹？,(2)S1缝后贴一红色薄玻璃纸，S2缝后贴一绿色薄玻璃纸，能否看到干涉条纹,(3)在S1上覆盖一较厚的透明介质片，对实验有何影响？,#相干光的条件,四、问题讨论,光的干涉解题指导,4、用钠灯源（1=589.0nm,2=589.6nm）照明的迈克尔逊干涉仪，造成干涉条纹模糊的原因有哪几点？,5、两块平玻璃构成的劈尖干涉装置作如下变化，干涉条纹将怎样变化？,（1）、劈尖上表面缓慢向上平移；,（2）、棱边不动，逐渐增大劈尖的楔角；,（3）、两玻璃板间注入水中；,（3）、劈尖下表面上有下凹的缺陷。,#在干涉场中存在两套干涉条纹,#每一波长都有自己谱线宽度,#条纹整体向棱边移动，间距不变,#条纹整体，间距变小,#相邻条纹间距le/sin=(/2)/sin,五、例题,光的干涉解题指导,1、杨氏双缝干涉实验中，已知屏幕上P点处为第三级明纹。若整个装置浸入某种透明液体中，P点处为第四级明纹，求此液体的折射率。,五、例题,光的干涉解题指导,2、单色平行光垂直照射到均匀覆盖着薄油膜的玻璃板上，设光源波长在可见光范围内连续变化，波长变化期间只观察到500nm和700nm这两个波长的光相继在反射光中消失，已知油膜、玻璃的折射率分别为1.33、1.50，求油膜的厚度。,五、例题,光的干涉解题指导,3、平板玻璃上滴一油滴，待其展开成球冠油膜后，用波长为的单色平行光垂直照射，观察反射光形成等厚干涉条纹。设n1=1.00，n2=1.44，n3=1.50，=550nm。（1）油膜中心厚度为1.43m时，试分析干涉明条纹的形状、条数、疏密。（2）油膜继续扩展，条纹如何变化？,五、例题,光的干涉解题指导,4、单色平行光垂直照射如图所示的装置，观察反射光干涉条纹。试在图下方框中用实线画出暗条纹的形状、条数、疏密，并标出各暗纹的干涉级次。,平凸柱面镜,平凹球面镜,4 3 2 1 0,4 3 2 1 0,
