大学物理波动光学章节光波的叠加及相干性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,University Physics,Xian Jiaotong University,Xiaoli Wang,1,干涉相长（明纹）,(,k,=0,1,2,3),干涉相消（暗纹）,(,k,=0,1,2,3),普通光源获得相干光的途径,:,p,S,*,分波面法,分振幅法,p,薄膜,S,*,1.,两波偏振性相同，,Coherent condition,：,2.,频率相同，,3.,初相差恒定,2,15,2,光的干涉,一,.,杨氏双缝实验（著名的波动光学实验）,（,Wave front-splitting interference,）,1807,年，英国著名物理学家、医生、波动光学的奠基人之一，托马斯,杨（,Thomas Young,，,1773 1829,）出版了,自然哲学讲义,，阐述了他在光学方面的研究工作。,明条纹,明条纹,明条纹,观测屏,interference fringe,暗条纹,暗条纹,3,两光波的波程与波程差：,干涉极小（暗条纹）,干涉极大（明条纹）,干涉,条件,4,讨,论,（,1,）屏上相邻明（暗）条纹间距为,现象：,一系列平行等间距的明暗相间的条纹,当,，条纹不易分辨。,若已知,，可测波长,（,2,）强度分布,5,I,0,2,-2,4,-4,k,0,1,2,-1,-2,4,I,0,sin,0,/d,-,/d,-2,/d,2,/d,光强分布曲线,当用白光作为光源时，在零级白色中央条纹两边对称地排列着几条彩色条纹,(3),条纹间距,正比于光波波长,I,6,(4),双缝型的其它干涉装置,洛埃镜,观测屏,半波损失,0,级,1,级,2,级,-1,级,3,级,-3,级,复合光的双缝干涉光谱,-2,级,7,洛埃镜与菲涅耳双镜的实验结果与杨氏双缝干涉相似,由光疏介质射向光密介质,有半波损失,反射光,（具体问题具体分析）,由光密介质射向光疏介质,无半波损失,透射光：,无半波损失,说,明,菲涅耳双平面镜,观测屏,8,（,1,）明纹间距为,（,2,）双缝间距,a,为,能分清条纹的双缝间距,a,最大为多少？,解：,例,1,在双缝干涉中，用钠光灯作单色光源，其波长为,，已知屏到双缝的距离为,求（,1,）,和,情况下，相邻明,条纹间距为多大？,（,2,）若相邻条纹最小分辨距离为,0.065mm,9,例,2,试设计一个实验方案。单色光垂直照射在双缝装置上，已知缝距为,a,1.1297mm,，在缝后放置一接收屏，通过测得相邻明条纹间距确定该单色光的波长。若测量相邻明纹间距为,0.5362mm,。,解：,由双缝干涉规律，知,将屏向后移动,50 cm,，测相邻明纹间距为,0.8043mm,，,强调：,是常用关系式。,10,双缝干涉中需要重视的几个问题：,条纹分布：,波长变化的影响：,分辨临界条件：,白光照射,彩色谱带,光源移动对干涉条纹的影响：,条纹移动与光源移动反向,11,强度分布：,光的单色性对干涉条纹的影响：,例：篮绿光的干涉，已知,取,12,例,3,用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为,a,，缝面与屏距离为,D,，试求，能观察到清晰可见光谱的级次。,解：,最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光重叠,只能取一级,光源尺度对干涉有重要影响,光的空间相干性,实验事实,：,S,缝加宽,干涉条纹的清晰度下降,去掉,S,缝，直接用普通光源照射,干涉条纹消失,13,由,射出的光通过,到达,点产生,的第一级暗纹满足：,对具有一定尺度的光源来说，它所发出的光波波阵面上，沿垂直于波线方向不是任意两处的光都能产生干涉，只有来自两点距离小于,的光才是相干的。,Spatial coherence,14,二、光程与光程差,若在时间,t,内，光波在介质中传播的,路程,为,相应光波在,真空中,传播,路程,应为,Optical path,是将光在媒质中通过的路程折算到同一时间内在真空中通过的相应路程。,相位差与光程差的关系,例：设,15,Optical Path,对于光通过多种介质时,例,1,两束相干光波的相位差,例,2,物象之间等光程性,光程,1,光程,2,光程,3,光程,1=,光程,2=,光程,3,16,例,3,一束平面单色光垂直入射杨氏双缝上，产生干涉，如图示。,现在一条光路上加一薄介质片。,已知：,求：,1,的关系？,2,实现,的,b,取值。,解：,1,光程差：,在,点的合振幅,17,解：,思考：在杨氏双缝的任一条缝前面加一个一定厚度的介质片，则屏幕上的干涉条纹将发生些什么变化？,三、薄膜干涉,（,Amplitude-splitting interference,）,当一束光射到透明薄层，光束在膜上、下表面发生多次反射和折射。分割振幅成多束光。它们,频率相同，光矢量平行，相位差恒定，满足相干光条件,Film interference,18,Half wave loss,1,、等倾干涉（薄膜厚度均匀）,两条光线的光程差,1,2,透镜不产生附加光程差,注意：,明纹,暗纹,面光源,19,（,1,）干涉条纹,(,Equal inclination interference,),特点,:,讨论,凡以相同倾角入射的光，反射光束有相同的光程差，对应干涉中一条条纹，称等倾干涉，条纹称等倾条纹。,Equal inclination fringes,形状,:,一系列同心圆环，内疏外密。,条纹级次分布,:,内纹级次比外纹级次高。,膜厚变化时,条纹移动：,厚度增大，圆纹从中心冒出，向外扩张，条纹间距变密。,20,条纹变化与波长关系,:,冒出（湮没）一个圆纹，光程差改变一个波长，即薄膜厚度,e,改变,2,反射干涉与透射干涉互补,能量守恒关系,3,应用,增透膜，增反膜,薄膜光学,薄膜干涉的一般情况是相当复杂的。其干涉的特征与光源的尺寸、膜的厚薄和形状以及如何观测都有十分密切的关系。,21,例,:,波长,550nm,黄绿光对人眼和照像底片最敏感。要使照像机对此波长反射小，可在照像机镜头上镀一层氟化镁,MgF,2,薄膜，已知氟化镁的折射率 ，玻璃的折射率,解：,两条反射光干涉相消条件,增透膜的最小厚度,求：氟化镁薄膜的最小厚度。,增反膜,比玻璃的折射率大,High reflecting film,薄膜光学厚度仍为,，但膜层折射率,n,22,