光学(干涉).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,*,*,*,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,平面电磁波方程,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,r,1,r,2,(1),相长干涉,(,明纹,),讨论,(2),相消干涉,(,暗纹,),波阵面分割法,*,光源,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 r,1,-r,2,),的两部分,，,当它们相遇时,，,就能产生干涉现象,。,振幅分割法,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,(,Young,s 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,p,x,x,0,x,I,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,I,k,0,1,2,-,1,-,2,4,I,0,x,0,x,1,x,2,x,-,2,x,-,1,(,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,4,I,0,I,x,0,x,1,x,2,x,-,2,x,-,1,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,1,m,。,(,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,400,760,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,2,3,b,O,a,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,S,2,盖住，并在,S,1,S,2,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,.,A,C,B,1,2,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,;,