《光学干涉上》PPT课件.ppt
光学干涉,教学基本要求：,一，理解相干光的条件及获得相干光的方法。二，掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系，理解在什么情况下的反射光有相位跃变。,三，能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置。,四，了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。,1 光波的相干叠加原理,一、光是一种波,矢量能引起人眼视觉和底片感光，叫做光矢量。,二、光的相干条件,(1)频率相同(2)相位差恒定(3)光矢量振动方向平行,相干光源:同一原子的同一次发光（对于普通光源来说）,三、光的相干叠加机理,设两列光波相遇，,两光波叠加区域P点的光强为,P,1,2,r1,r2,(1)相长干涉(明纹),讨论,(2)相消干涉(暗纹),四、普通光源获得相干光的途径,一分为二，再相遇 自我干涉,将普通光源上同一点发出的光“一分为二”，沿两条不同的路径传播并相遇，即将每一波列分成频率相同、振动方向相同、相位差恒定(1-2=0，就完全取决于波程差 r1-r2)的两部分，当它们相遇时，就能产生干涉现象。,2 分波阵面法,通过一些技术方法（例如:通过并排的两个小孔）从一个光源发出的同一光波列的波前上取出两个子波源，该获得相干光的方法为分波面法。,一、杨氏双缝干涉(Youngs double-slit experiment),明条纹位置,明条纹位置,明条纹位置,实验现象,托马斯.杨,实 验 原 理 图,理论分析,单色光入射，波程差（真空中）：,光强极小,光强极大,当,明纹,暗纹,（光强极大位置）,（光强极小位置）,当,讨论,(1)屏中央分布着一系列平行、等间距、等强度的条纹。,条纹间距,一系列平行的明暗相间条纹,(2)干涉条纹中，在极大与极小值之间，光强逐渐过渡变化，且是非线性的变化。,若,有,(3)O点处 x=0（k=0）是中央明纹（零级明纹）。,(4)+和-号表示中央明纹两侧对称地出现明(暗)纹。当k=1,k=2 时，分别称第一级明纹，第二级明纹,(5)x 正比,D，反比 d；已知 d,D 及x,可测,当用白光作为光源时，在零级白色中央条纹两边对称排列彩色条纹：,间距与波长关系,4I0,白光入射时，0级明纹中心为白色（可用来定0级位置），其余级明纹构成彩带，第2级开始出现重叠。,单色光的获得,滤色片,单色光源,光的色散,如图所示，用钠光灯照射杨氏装置中的双缝，屏上能否看到干涉条纹？若将钠光灯换成氦氖激光器，屏上能否看到干涉条纹？,缝宽对干涉条纹的影响 空间相干性,实验观察到，随缝宽的增大，干涉条纹变模糊，最后消失。,(1)明纹间距分别为,(2)双缝间距 d 最大为,双缝干涉实验中，用钠光灯作单色光源，其波长为589.3 nm，屏与双缝的距离 D=600 mm,例1,求(1)d=1.0 mm 和 d=10 mm，两种情况相邻明条纹间距分别为多大？(2)若相邻条纹的最小分辨距离为 0.065 mm，能分清干涉条纹的双缝间距 d 最大是多少？,解：,例2 以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m。(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5mm，求单色光的波长；(2)若入射光的波长为600nm,中央明纹中心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少？,解,(1),(2),(1),波长为600nm的平行光垂直入射在间距为0.2mm的双缝上时，在缝后1m处的像屏上形成干涉条纹。,解,(1)第十级明纹中心的位置和第十级明纹的宽度,(2)波长改为 400760 nm 的白光时，第二级谱线宽度、第二级谱线与第三级谱线重叠部分各波长范围和重叠部分的宽度。,求,明条纹中心条件为,相邻条纹间距为,第十级明纹的宽度,例3,(2),明条纹中心条件,第二级谱线中心的范围：,2,3,b,O,a,同理有：,第二级2波长谱线与第三级 波长谱线重合，即,第二级谱线与第三级谱线重叠部分各波长范围为,第二级谱线与第三级谱线重叠部分的宽度为,用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d，缝面与屏距离为 D。,解,最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光,清晰的可见光谱只有一级,在400 760 nm 范围内，明纹位置为,求 能观察到的清晰可见光谱的级次,若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。,例4,二、劳埃德镜（Lloyds mirror）,（洛埃镜实验结果与杨氏双缝干涉相似）,接触处（屏上O 点）出现暗条纹,半波损失,有半波损失,相当于入射波与反射波之间附加了一个半波长的波程差,无半波损失,入射波,反射波,透射波,透射波没有半波损失,平面镜,在双缝干涉实验中，屏幕E上的P点处是明条纹.若将缝S2盖住，并在 S1S2 连线的垂直平分面处放一反射镜M，如图所示，则此时,(A)P 点处仍为明条纹.,(B)P 点处为暗条纹.,(C)不能确定P点处是明条纹还是暗条纹.,(D)无干涉条纹.,E,M,由于在原来光程差上多(少)了半个波长,所以P点处为暗条纹。,解,例5,如图 离湖面 h=0.5m处有一电磁波接收器位于 C，当一射电星从地平面渐渐升起时，接收器断续地检测到一系列极大值.已知射电星所发射的电磁波的波长为20.0cm,求第一次测到极大值时，射电星的方位与湖面所成的角度.,计算波程差,极大时,取,例6,解,(D)如图所示，把双缝中的一条狭缝挡住，并在两缝垂直平分线上放一块平面反射镜：,试分析在双缝实验中，当作如下调节时，屏幕上的干涉条纹将如何变化?,(B)屏幕移近：,条纹变窄;,条纹变宽;,看到的明条纹亮度暗一些。,与杨氏双缝干涉相比较，明暗条纹相反；且,例,(A)双缝间距变小：,(C)波长变长：,条纹变宽;,
