第十七光的干涉-PPT.pptx

《第十七光的干涉-PPT.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十七光的干涉-PPT.pptx（46页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、第十七光的干涉17-1 17-1 光得相干性光得相干性一一、光源、光波光源、光波普通光源发光就是原子普通光源发光就是原子(分子分子)得自发辐射。得自发辐射。=(E2-E1)/hE1E2自发辐射自发辐射光波列光波列光波列长光波列长L=c独立独立(不同原子发得光不同原子发得光)独立独立(同一原子先后发得光同一原子先后发得光)118(1010)ss:原子发光具有随机性、间断性、独立性原子发光具有随机性、间断性、独立性不相干不相干()L mmm:二二、普通光源获得相干光得途径普通光源获得相干光得途径pS*分波面法分波面法分振幅法分振幅法p薄膜薄膜S S*由同一光源、同一点发出得光分光后由同一光源、同一

2、点发出得光分光后,再经不同再经不同得路径会合实现相干叠加得路径会合实现相干叠加,即自我相干。即自我相干。17-2 17-2 光程、光程差光程、光程差 不一定！因为经历了不同得介质后不一定！因为经历了不同得介质后,情况要复杂情况要复杂些些,因为在不同得介质中因为在不同得介质中,光得波长与波速不相同。但光得波长与波速不相同。但频率仍然相同。频率仍然相同。1S2S1r2rPxn图图2 如果图如果图1真空中得真空中得 P 点满足点满足=r2-r1 =k,P点一定点一定就是一亮点就是一亮点,那么图那么图2有介质时有介质时 P 点就是否还就是亮点就是否还就是亮点呢？呢？1S2SP图图11r2r一一、光程、

3、光程差光程、光程差 真空中真空中xAB2x 媒质中媒质中ABnx 媒质媒质2x 光在媒质中波光在媒质中波长长/uc ncnn2nx 光在真空中波长光在真空中波长定义定义ABAB间的光程间的光程 :lnx2l n1n2nmx1x2xm 光程差光程差:2 例例 S1S2r1r2dnpP P:212()ll 212rdndr 2121rrnd相位差相位差:p12l1l2 =1,2为同相点为同相点21ll光程光程:()iiln x二二、薄透镜得等光程性薄透镜得等光程性 与光束正交得波面上与光束正交得波面上所有同相点到透镜焦平面所有同相点到透镜焦平面上像点得光程相同。上像点得光程相同。三三、光得半波损失

4、光得半波损失 当光从光疏当光从光疏(折射率小折射率小)媒质向光密媒质媒质向光密媒质(折射率大折射率大)入射时入射时,反射光有半波损失反射光有半波损失,即有半个波长得附加光程差。即有半个波长得附加光程差。同相点同相点同相点同相点 平行光经薄透镜会聚平行光经薄透镜会聚不附加光程差。不附加光程差。2121iiiilln xn x02 光程差光程差:四四、光得干涉光得干涉 两列相干光得叠加两列相干光得叠加 (只讨论电场只讨论电场E(E(光矢量光矢量)cos(1101 tEE)cos(2202 tEEP:220102010202cosEEEE E合振动方程合振动方程:)cos(0 tEE两列相干光叠加后

5、光得振幅两列相干光叠加后光得振幅:21 相位差相位差:1 2 EE1E2P121 2 2 cosIIII I干涉相长干涉相长(明明)2,k 2121max2IIIIII (k k=0,=0,1,1,2,)2,)干涉相消干涉相消(暗暗)(21),k 2121min2IIIIII 两列相干光叠加后光得强度两列相干光叠加后光得强度(k k=0,=0,1,1,2,)2,)(15-3615-36),()0,1,2,.(21),()2kkk 干涉相长 明纹干涉相消 暗纹用光程差表示用光程差表示:21II 21II Io 2-2 4-4 4I1IImaxImino 2-2 4-4 21II 若若211 2(

6、1+cos)4cos2III 121 2 2 cosIIII I两列相干光叠加后光的强度两列相干光叠加后光的强度:12II12I17-3 17-3 双缝干涉双缝干涉 120S1S2S中央明纹中央明纹一级暗纹一级暗纹一级暗纹一级暗纹一级明纹一级明纹一级明纹一级明纹二级暗纹二级暗纹二级暗纹二级暗纹一、杨氏双缝干涉一、杨氏双缝干涉平面波平面波球面波球面波pr1 r2 x0 xI xxDdo单色光入射单色光入射若若:DxDx,D d D d (x x 10 10-3-3m,m,d d 10 10-4-4m,D m,D m m)光程差光程差:Dxdddrr tgsin12明纹条件明纹条件,0,1,2kD

7、kxkkd 暗纹条件暗纹条件 (2 1),(2 1)221,2,.kDkxkdk 空气中空气中(n=1)n=1)明纹位置明纹位置暗纹位置暗纹位置 dDx (1)一系列与狭缝平行得明暗相间得条纹一系列与狭缝平行得明暗相间得条纹;双缝干涉条纹特点双缝干涉条纹特点:(2)不太大时不太大时,条纹等间距条纹等间距:(3)x d d ,x 条纹越清晰条纹越清晰(4)=(xd)D 由此由此,可测出各种光波得波长可测出各种光波得波长 (5)x k 若白光入射若白光入射,得彩色条纹分布得彩色条纹分布,0,1,2kDxkkd (2 1)1,2,.2kDxkkd 明纹位置明纹位置暗纹位置暗纹位置单缝位置对条纹位置得

8、影响单缝位置对条纹位置得影响:SPPS二、洛埃镜二、洛埃镜真空中：真空中：21r r(21)2kk明暗2,1,0 k2特别就是特别就是,将屏移到虚线处将屏移到虚线处,B点出现零级暗纹中心点出现零级暗纹中心,AB2r1r由于半波损失,洛埃镜干涉条纹与杨氏干涉条纹得明暗刚好相反。暗明洛埃镜实验最早证实了半波损失得存在。洛埃镜实验最早证实了半波损失得存在。三、费涅尔双镜干涉光路图干涉区域补充补充:相干长度相干长度r1r2dDxO 光波列长度相干长度相干长度:能发生干涉得最大光程差能发生干涉得最大光程差,叫光得相干长度叫光得相干长度,即光波列长度即光波列长度、普通光源得相干长度普通光源得相干长度:cm

9、1010 可达几百公里可达几百公里激光得相干长度激光得相干长度:例题例题1:以单色光照射到相距为以单色光照射到相距为0、2mm得双缝上得双缝上,双双缝与屏幕得距离为缝与屏幕得距离为1m、(1)从第一级明纹到同侧得从第一级明纹到同侧得第四级明纹得距离为第四级明纹得距离为7、5mm,求单色光得波长。求单色光得波长。(2)若入射光得波长为若入射光得波长为600nm,求相邻条纹得距离求相邻条纹得距离、解解:(1)根据已知条件根据已知条件,与条纹间距公式与条纹间距公式,有有dDx5.7102.01333xnm500(2)当当=600nm时时,由条纹间距公式由条纹间距公式,有有mmdDx3103102.0

10、106001339例题例题2:以波长为以波长为600nm得单色光照射到一双缝上得单色光照射到一双缝上,在在屏幕上发生干涉屏幕上发生干涉、现在在双缝得下缝上贴一厚度为现在在双缝得下缝上贴一厚度为0、02mm得透明介质薄膜得透明介质薄膜,发现屏幕上得干涉条纹向下移发现屏幕上得干涉条纹向下移动了动了10个条纹得位置。试求该介质薄膜得折射率个条纹得位置。试求该介质薄膜得折射率、解解:通过分析通过分析,原来得零级条纹原来得零级条纹处现在就是第十级明纹。即处现在就是第十级明纹。即现在到现在到O点得光程差就是波长点得光程差就是波长得得10倍。到倍。到O点得光程分别为点得光程分别为:10rr20rrdnd光程

11、差为光程差为:(1)dndnd (1)10nd3.1110dnr2Or117-4 薄膜干涉薄膜干涉PeAB1n2ni CD21()n ACCBn AD一、薄膜干涉一、薄膜干涉2 coseACCB123nnn3n1、光程差、光程差(A-P):sin2 tansinADABiei2122tan sincos2ennei)sinsin(1 nin2由折射定律：由折射定律：22sin22sincoscos2enn e222(1 sin)cos2n e22cos2n e或或2cos1 sin212sin1nin222212sin2e nni i222212sin2enni (1,2,3m ax(21)(

12、0,1,2m in2kkkkLL）注意注意:max 中中 k 0;公式中无公式中无“”号号(1)推广到一般推广到一般n1n3,n1 n2 n3光程差要加光程差要加/2 光程差不加光程差不加/2 讨论讨论:干涉极值条件干涉极值条件:n1 n2 n2 n3222212sinenni222212sin2enni222212sin0,2enni薄膜干涉反射光光程差通用式：薄膜干涉反射光光程差通用式：PeAB1n2ni C3n(2)若光垂直入射若光垂直入射222n e当当n1n3,n1 n2 n3光程差要加光程差要加/2 光程差不加光程差不加/2 当当n1 n2 n2 n322n e222212sin0

13、,2enni(3)透射光得干涉现象透射光得干涉现象所以反射光加强得点所以反射光加强得点,透射透射光正好减弱光正好减弱,反之亦然。反之亦然。光程差形式上与反射得情光程差形式上与反射得情况相同况相同,但附加得光程差与但附加得光程差与反射时变化一个反射时变化一个/2。PeAB1n3n2ni CDPE这正就是干涉中得能量守恒。这正就是干涉中得能量守恒。222n e当当n1n3,n1 n2 n3当当n1 n2 n2 n322n e2、增反膜与增透膜、增反膜与增透膜(1)基本概念基本概念n 如果垂直入射光在薄膜得两个表面如果垂直入射光在薄膜得两个表面得反射光干涉相互加强得反射光干涉相互加强,则称此膜为增则

14、称此膜为增反膜反膜,根据能量守恒可知此时透射光干根据能量守恒可知此时透射光干涉一定就是相消得涉一定就是相消得;(2)增反膜与增透膜得最小厚度增反膜与增透膜得最小厚度有半波损失时有半波损失时,增反膜得最小厚度增反膜得最小厚度:2/2nekne4min无半波损失时无半波损失时,增反膜得最小厚度增反膜得最小厚度:ne2min 如果垂直入射光在薄膜得两个表面得透射光干涉如果垂直入射光在薄膜得两个表面得透射光干涉相互加强相互加强,则称此膜为增透膜则称此膜为增透膜,根据能量守恒可知此时根据能量守恒可知此时反射光干涉一定就是相消得。反射光干涉一定就是相消得。e(1)k(1)k 增透膜得最小厚度与增反膜情况正

15、好相反增透膜得最小厚度与增反膜情况正好相反(如下表如下表):最小厚度最小厚度反射光有反射光有半波损失半波损失反射光无反射光无半波损失半波损失增反膜增反膜/4n/2n增透膜增透膜/2n/4n应用应用:照相机镜头表面、太阳能电池表面镀有照相机镜头表面、太阳能电池表面镀有增透膜增透膜;珠宝表面、激光器谐振腔反射镜镀有珠宝表面、激光器谐振腔反射镜镀有增反膜增反膜、例例3、在折射率为、在折射率为 1、50 得照相机玻璃镜头表面涂一层得照相机玻璃镜头表面涂一层 MgF2 (n=1、38)这层膜应多厚？这层膜应多厚？(黄绿光波长为黄绿光波长为5500A0)11 n2FMg 381 n5012 n解解:假定光

16、垂直入射假定光垂直入射,且要求透射光增强且要求透射光增强:22ne最薄得膜最薄得膜 k=1,此时此时:05500100044 1 38eAn k 取其它值亦可取其它值亦可,但但 d 不能太厚不能太厚,太太厚对光得吸收增加。厚对光得吸收增加。n1n n2,(1,2)maxkkL请思考请思考:可以从反射光得角度解决这个问题吗？可以从反射光得角度解决这个问题吗？4、等倾干涉、等倾干涉iS点光源iPP1n2n3nPPi 对厚度均匀得薄膜对厚度均匀得薄膜,由于光程差取决于入射角由于光程差取决于入射角,所以所以相同入射角得光形成同一级干涉条纹相同入射角得光形成同一级干涉条纹(圆环圆环),故称故称“等等倾干涉倾干涉”。222212sin0,2enni*等倾条纹就是一组同心圆等倾条纹就是一组同心圆;*愈往中心愈往中心,条纹级别条纹级别*动态反应动态反应:连续改变连续改变(增加增加)薄膜得厚度薄膜得厚度,*可以证明可以证明,愈往边缘愈往边缘,圆环得间圆环得间隔愈密隔愈密;条纹特征条纹特征愈高愈高;视场中条纹自里向外冒视场中条纹自里向外冒;反之反之,缩入。缩入。7 6 5 4 3 2 1可根据冒出可根据冒