《光的干涉小结》PPT课件.ppt
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1、小结小结本本 章章 小小 结结一、基本概念一、基本概念:光的折射率:光的折射率:光强:光强:光速:光速:c=299 792 458 米米/秒秒可见光范围可见光范围:390760 nm (7.73.9)1014 Hz 光的相干条件:光的相干条件:基本(必要)条件:基本(必要)条件:同频率、同振动方向、位相差恒定同频率、同振动方向、位相差恒定.1补充条件:补充条件:光程差不能太大:光程差不能太大:光源线度受限制:光源线度受限制:光程:相同时间内,光在介质中走光程:相同时间内,光在介质中走 r,相当于在真空中走,相当于在真空中走 nr.光程差:光程差:几何路径几何路径 介质介质 n 半波损失半波损失
2、振幅相差不悬殊:振幅相差不悬殊:2条纹可见度:条纹可见度:二、掌握内容:二、掌握内容:1、杨氏干涉:、杨氏干涉:亮纹亮纹:2、等倾、等厚干涉:、等倾、等厚干涉:3、迈克尔逊干涉仪;、迈克尔逊干涉仪;4、F-P 干涉仪;干涉仪;5、牛顿环、牛顿环.条纹间隔条纹间隔:时间相干性时间相干性:空间相干性空间相干性:光谱重合问题光谱重合问题光疏光疏光密光密4几何光学(几何光学(h 0,0)光光 学学波动光学波动光学(h 0,0)量子光学(量子光学(h0,0)波动性波动性 电磁性电磁性 光波的叠加光波的叠加 1.线性叠加原理线性叠加原理.独立传播原独立传播原理理 线性线性介质介质 光的干涉光的干涉 有有限
3、限束束光光波波相相干干叠叠加加 5光的干涉光的干涉相干光源的相干光源的获得方法获得方法 光光 的的 干干 涉涉 光的干涉条件光的干涉条件:3个必要条件和个必要条件和3个补充条个补充条件件 几种典型的干涉几种典型的干涉 1.明暗条纹条件明暗条纹条件,2.条纹的分布条纹的分布,3.条纹动态变化条纹动态变化.迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪增反、透薄膜增反、透薄膜劈尖等厚干涉,牛顿环劈尖等厚干涉,牛顿环F-P 干涉仪干涉仪杨氏干涉等杨氏干涉等分波阵面法分波阵面法等倾干涉等倾干涉光程定义光程定义:nr光程差的计算光程差的计算分振分振幅法幅法光光 程程薄膜干涉薄膜干涉等厚干涉等厚干涉多光束干涉多光束干涉6光
4、波的数学描述光波的数学描述(1)(1)一维单色平面波一维单色平面波:尤拉公式尤拉公式:(2)(2)波函数的复数表示波函数的复数表示:复振幅复振幅(了解了解)对应关系对应关系 定义定义:复振幅复振幅光振动光振动7光程,干涉条件光程,干涉条件例 1-4例 1-4:计算通过G2内的光程差转动前转动后设条纹移动了N条(条)光程改变:光程改变:8双缝干涉双缝干涉例例2例题例题2 一双缝装置的一条缝被折射率为的薄玻璃片遮盖,另一一双缝装置的一条缝被折射率为的薄玻璃片遮盖,另一条缝被折射率为的薄玻璃片遮盖。在玻璃片插入后,屏上原来条缝被折射率为的薄玻璃片遮盖。在玻璃片插入后,屏上原来的中央极大点现在被原来的
5、第五级条纹所占据(设波长为的中央极大点现在被原来的第五级条纹所占据(设波长为480nm,且两玻璃薄片等厚)求玻璃片的厚度。,且两玻璃薄片等厚)求玻璃片的厚度。j=5解:解:玻璃片插入后光程差的改变玻璃片插入后光程差的改变9双缝干涉双缝干涉例例3最大光程差最大光程差例例3:双缝低压汞灯:绿光:双缝低压汞灯:绿光 求能观察到干涉条纹的级次和最大允许光程差求能观察到干涉条纹的级次和最大允许光程差。10例例4杨氏干涉杨氏干涉例例4:在典型的杨氏干涉实验中,在典型的杨氏干涉实验中,已知光源宽度已知光源宽度b=0.25 mm,双孔,双孔间距间距d=0.50 mm,光源至双孔的,光源至双孔的距离距离R=20
6、 cm,所用光波波长为,所用光波波长为 。(1)计算双孔处的横向相干间)计算双孔处的横向相干间距,在观察屏幕上能否看到干涉距,在观察屏幕上能否看到干涉条纹?为什么?条纹?为什么?(2)为能观察到干涉条纹,光)为能观察到干涉条纹,光源至少应再移远多少距离?源至少应再移远多少距离?1112例例5杨氏干涉杨氏干涉例例5:如图所示,在杨氏干涉装置中,用三个平行狭缝代替双缝,如图所示,在杨氏干涉装置中,用三个平行狭缝代替双缝,三缝的缝宽相同(都三缝的缝宽相同(都n3 会得到什么结果?为什么望远镜的镜片有的发红,有的发蓝?会得到什么结果?为什么望远镜的镜片有的发红,有的发蓝?21例例2:如图所示,在折射率
7、为的平板玻璃如图所示,在折射率为的平板玻璃表面有一层厚度为表面有一层厚度为300nm,折射率,折射率为的均匀透明油膜,用白光垂直射为的均匀透明油膜,用白光垂直射向油膜,问:向油膜,问:1)哪些波长的可见光在哪些波长的可见光在反射光反射光中产生中产生相长干涉相长干涉?2)哪些波长的可见光在哪些波长的可见光在透射光透射光中产生中产生相长干涉相长干涉?3)若要使反射光中若要使反射光中=550nm的光产生的光产生相干涉,油膜的最小厚度为多少相干涉,油膜的最小厚度为多少?解:解:(1)因反射光之间没有半波损失,因反射光之间没有半波损失,由垂直入射由垂直入射 i=0,得反射光相长,得反射光相长干涉的条件为
8、干涉的条件为j=1 时时 红光红光 j=2 时时 故反射中只有可见光故反射中只有可见光的红光产生相长干涉的红光产生相长干涉.紫外紫外 d22(2)对于透射光,相长条件为:对于透射光,相长条件为:j=1 时时 红外红外 j=2 时时 青色光青色光(红光的补色红光的补色)j=3 时时 紫外紫外(3)由反射相消干涉条件由反射相消干涉条件:显然显然 j=0 所产生对应的所产生对应的厚度最小,即厚度最小,即 23 例例例例33在白光下,观察一层折射率为在白光下,观察一层折射率为在白光下,观察一层折射率为在白光下,观察一层折射率为 的薄油膜,若观察方向与油膜的薄油膜,若观察方向与油膜的薄油膜,若观察方向与
9、油膜的薄油膜,若观察方向与油膜表面法线成表面法线成表面法线成表面法线成30300 0角时,可看到油膜呈蓝色角时,可看到油膜呈蓝色角时,可看到油膜呈蓝色角时,可看到油膜呈蓝色(波长为波长为波长为波长为4800A),4800A),试求油膜的试求油膜的试求油膜的试求油膜的最小厚度,如果从法向观察,反射光呈什么颜色最小厚度,如果从法向观察,反射光呈什么颜色最小厚度,如果从法向观察,反射光呈什么颜色最小厚度,如果从法向观察,反射光呈什么颜色?解解解解:需考虑额外程差。根据明纹条件需考虑额外程差。根据明纹条件需考虑额外程差。根据明纹条件需考虑额外程差。根据明纹条件j=1时有时有从法向观察,从法向观察,从法
10、向观察,从法向观察,i i=0:=0:j j=1=1时:时:时:时:j j=2=2时:时:时:时:-绿色光绿色光绿色光绿色光-紫外光,不可紫外光,不可紫外光,不可紫外光,不可见见见见24迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪例例1例例1在迈克耳孙干涉仪的两臂在迈克耳孙干涉仪的两臂 中分中分别引入别引入 10 厘米长的玻璃管厘米长的玻璃管 A、B,其中一个抽成真空,另一个在,其中一个抽成真空,另一个在充以一个大气压空气的过程中充以一个大气压空气的过程中 观察到观察到107.2 条条纹移动,所用条条纹移动,所用波长为波长为546nm。求空气折射率求空气折射率解:解:设空气的折射率为设空气的折射率为 n相邻条
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