第五篇波動(dòng)光學(xué)

第十二章光的干涉一、光源12-1

光源

光的相干性光源的最基本發(fā)光單元是分子、原子=(E2-E1)/hE1E2能級(jí)躍遷輻射獨(dú)立(不同原子發(fā)的光)··獨(dú)立(同一原子先后發(fā)的光)普通光源:自發(fā)輻射

發(fā)光的隨機(jī)性發(fā)光的間隙性1、光源的發(fā)光機(jī)理波列波列長(zhǎng)可見(jiàn)光頻率范圍2、光的顏色和光譜可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍可見(jiàn)光顏色對(duì)照單色光——只含單一波長(zhǎng)的光。復(fù)色光——含多種波長(zhǎng)的光。準(zhǔn)單色光——光波中包含波長(zhǎng)范圍很窄的成分的光。1、非相干疊加獨(dú)立光源的兩束光或同一光源的不同部位所發(fā)出的光的位相差“瞬息萬(wàn)變”.疊加后光強(qiáng)等與兩光束單獨(dú)照射時(shí)的光強(qiáng)之和，無(wú)干涉現(xiàn)象.二、光的相干性相長(zhǎng)干涉相消干涉2、相干疊加滿足相干條件(同頻率，同振動(dòng)方向，位相差恒定）的兩束光疊加后，有干涉現(xiàn)象。兩相干光束兩非相干光束一個(gè)光源1分波前的方法楊氏干涉2分振幅的方法等傾干涉、等厚干涉普通光源獲得相干光的途徑（方法）

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分波前干涉一、楊氏雙縫干涉S1S2S***1

分波前的方法--楊氏干涉2

分振幅的方法--等厚干涉普通光源獲得相干光的途徑（方法）(1)明暗相間的條紋對(duì)稱分布于中心O點(diǎn)兩側(cè)。干涉條紋特點(diǎn)：(2)相鄰明條紋和相鄰暗條紋等間距，與干涉級(jí)k無(wú)關(guān)。兩相鄰明（或暗）條紋間的距離稱為條紋間距。(3)若用復(fù)色光源，則干涉條紋是彩色的。裝置變動(dòng)時(shí)條紋分布變化(1)縫S上下移動(dòng)(2)縫S變寬(3)浸入水中(4)介質(zhì)影響SS1S2OP2洛埃鏡光欄

當(dāng)屏幕E移至E'處，從S1和S2

到L點(diǎn)的光程差為零，但是觀察到暗條紋，驗(yàn)證了反射時(shí)有半波損失存在。光欄1、菲涅耳雙面鏡二、其他分波陣面干涉裝置光程表示在相同的時(shí)間內(nèi)光在真空中通過(guò)的路程即：光程這個(gè)概念可將光在介質(zhì)中走過(guò)的路程，折算為光在真空中的路程光程差光在真空中的波長(zhǎng)若兩相干光源不是同位相的兩相干光源同位相，干涉條件

*

使用透鏡不會(huì)引起各相干光之間的附加光程差。SS1S2OP例:雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,雙縫與屏之間的距離D=120cm,兩縫之間的距離d=0.50mm,用波長(zhǎng)的單色光垂直照射雙縫。（1）求原點(diǎn)O上方的第五級(jí)明條紋的坐標(biāo)X。（2）如果用厚度，折射率n=1.58的透明薄膜覆蓋在圖中的S1縫后面，求上述第五級(jí)明條紋的坐標(biāo)X‘解題思路：2、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置中，若兩縫間隔增大，則屏幕上條紋間隔；若單色光波長(zhǎng)減小，則SS1S2OP利用薄膜上、下兩個(gè)表面對(duì)入射光的反射和折射，可在反射方向(或透射方向)獲得相干光束。一、薄膜干涉擴(kuò)展光源照射下的薄膜干涉a1a2a在一均勻透明介質(zhì)n1中放入上下表面平行,厚度為e

的均勻介質(zhì)n2(>n1)，用擴(kuò)展光源照射薄膜，其反射和透射光如圖所示

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薄膜干涉光線a2與光線a1的光程差為：a1a2a若還有半波損失，則總光程差：二、光學(xué)增透膜和增反膜增透膜-----利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉條件來(lái)減少反射，從而使透射增強(qiáng)。增反膜-----利用薄膜上、下表面反射光的光程差滿足相長(zhǎng)干涉，因此反射光因干涉而加強(qiáng)。三、干涉濾光片問(wèn)：若反射光相消干涉的條件中取k=1，膜的厚度為多少？此增透膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)有沒(méi)有增反？例已知用波長(zhǎng)，照相機(jī)鏡頭n3=1.5，其上涂一層n2=1.38的氟化鎂增透膜，光線垂直入射。解(1)因?yàn)?，所以反射光?jīng)歷兩次半波損失。反射光相干相消的條件是：代入k和n2

求得：(2)此膜對(duì)反射光相干相長(zhǎng)的條件：可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍400~700nm波長(zhǎng)412.5nm的可見(jiàn)光有增反。干涉條件劈尖上厚度相同的地方，兩相干光的光程差相同，對(duì)應(yīng)一定k值的明或暗條紋?！群窀缮胬膺吿帲琫=0,=/2，出現(xiàn)暗條紋有“半波損失”實(shí)心劈尖實(shí)心劈尖空氣劈尖任意相鄰明條紋對(duì)應(yīng)的厚度差：任意相鄰明條紋(或暗條紋)之間的距離l為：在入射單色光一定時(shí)，劈尖的楔角愈小，則l愈大，干涉條紋愈疏；愈大，則l愈小，干涉條紋愈密。當(dāng)用白光照射時(shí)，將看到由劈尖邊緣逐漸分開(kāi)的彩色直條紋。劈尖討論題：（1）若n1<n2<n3，棱邊條紋為

紋。若n1>n2>n3，則棱邊條紋為紋。（2）空氣劈尖浸入水中，條紋間距變嗎？（3）測(cè)厚時(shí)，若對(duì)劈尖施力,條紋間距有何變化？（4）上玻片向上平移，條紋間距有何變化？

n1n2n3F窄疏不變亮亮頭發(fā)玻片玻片（5）頭發(fā)向內(nèi)推進(jìn)，條紋間距有何變化？條紋總數(shù)如何變？（6）上玻片左右平移，條紋間距有何變化？（7）若空氣劈尖的上玻片為圓弧形，如圖，以A為垂直軸構(gòu)成旋轉(zhuǎn)體，條紋有何？(8）上玻片向上平移，條紋移動(dòng)？窄,不變

不變不均勻B端密n1n2n3頭發(fā)玻片玻片二、牛頓環(huán)空氣薄層中，任一厚度e處上下表面反射光的干涉條件：略去e2各級(jí)明、暗干涉條紋的半徑：隨著牛頓環(huán)半徑的增大，條紋變得越來(lái)越密。e=0,兩反射光的光程差=/2，為暗斑。例已知：用紫光照射，借助于低倍測(cè)量顯微鏡測(cè)得由中心往外數(shù)第k級(jí)明環(huán)的半徑,k

級(jí)往上數(shù)第16個(gè)明環(huán)半徑，平凸透鏡的曲率半徑R=2.50m求：紫光的波長(zhǎng)？解：根據(jù)明環(huán)半徑公式：光束2′和1′發(fā)生干涉若M1、M2平行

等傾條紋若M1、M2有小夾角

等厚條紋若條紋為等厚條紋，M1平移d時(shí)，干涉條移過(guò)N條，則有：M12211S半透半反膜M2M1G1G2應(yīng)用：微小位移測(cè)量測(cè)折射率

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邁克耳遜干涉儀例.在邁克耳遜干涉儀的兩臂中分別引入10厘米長(zhǎng)的玻璃管A、B，其中一個(gè)