光的干涉01.pptx

主要内容1.1 波动独立性、叠加性和相干性波动独立性、叠加性和相干性1.2 由单色波叠加形成的干涉图样由单色波叠加形成的干涉图样1.3 分波面双光束干涉分波面双光束干涉1.4 干涉条纹的可见度干涉条纹的可见度 光波的时间相干性和光波的时间相干性和 空间相干性空间相干性1.5 菲涅耳公式菲涅耳公式1.6 分振幅薄膜干涉（一）分振幅薄膜干涉（一）等倾干涉等倾干涉1.7 分振幅薄膜干涉（二）分振幅薄膜干涉（二）等厚干涉等厚干涉1.8 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪1.9 法布里泊罗干涉仪法布里泊罗干涉仪 多光束干涉多光束干涉1.10 光的干涉应用举例光的干涉应用举例 牛顿环牛顿环本章概述 光的电磁理论（1-1）明确光是电磁波，产生光效应的是电场强度矢量。波动的特性（1-1）讨论波的独立性、迭加性、相干性。光的干涉（1-21-7）干涉的应用（1-81-10）干涉仪和其他应用。附录计算方法和公式的推导。相干光的获得分波面分波面分振幅分振幅几种重要的干涉实验分振动面（第五章）教学目标：教学目标：1、理解相干光的条件以及获得相干光的方法；、理解相干光的条件以及获得相干光的方法；2、掌握光程、光程差和干涉条纹的条件。理解半波、掌握光程、光程差和干涉条纹的条件。理解半波损失的产生；损失的产生；3、掌握杨氏实验的装置、实验现象、条纹间距计算、掌握杨氏实验的装置、实验现象、条纹间距计算公式。公式。4、掌握等倾干涉和等厚干涉的干涉条纹的主要规律、掌握等倾干涉和等厚干涉的干涉条纹的主要规律及其应用；及其应用；5、掌握牛顿环和迈克耳逊干涉仪的构造和原理及其、掌握牛顿环和迈克耳逊干涉仪的构造和原理及其相关计算；相关计算；本节主要内容11 光的电磁理论光的电磁理论一、光是一定频率的电磁波一、光是一定频率的电磁波二、电磁波的传播速度和折射率二、电磁波的传播速度和折射率三、电磁波的性质三、电磁波的性质 四、光的强度四、光的强度 12波动的独立性、叠加性和相干性波动的独立性、叠加性和相干性一、机械波的独立性和叠加性一、机械波的独立性和叠加性二、干涉现象是波动的特性二、干涉现象是波动的特性三、相干与不相干叠加三、相干与不相干叠加13 由单色波迭加所形成的干涉花样由单色波迭加所形成的干涉花样一、相位差和光程差一、相位差和光程差二、干涉图样的形成二、干涉图样的形成1-1 光的电磁理论光的电磁理论一、光是一定频率的电磁波一、光是一定频率的电磁波自由空间的麦克斯韦方程组：自由空间的麦克斯韦方程组：真空中物质方程：真空中物质方程：自由空间电磁场的波动方程为：自由空间电磁场的波动方程为：光是某一波段范围的电磁波。光是某一波段范围的电磁波。电磁波谱线频率线频率 v 与波长与波长 l 的关系的关系:-真空中的光速真空中的光速 颜色颜色中心频率中心频率/Hz 中心波长/nm 波长范围波长范围/nm 红红 660 橙橙 610 黄黄 570 绿绿 550 青青 460 蓝蓝 440 紫紫 410单色光频率、波长对应表单色光频率、波长对应表可见光对应的电磁波段：可见光对应的电磁波段：波长：波长：390 nm 760nm 频率：频率：7.51014Hz 4.11014Hz 二、电磁波的传播速度和折射率二、电磁波的传播速度和折射率介质中电磁波波速介质中电磁波波速 透明介质中透明介质中：三、电磁波的性质三、电磁波的性质 1电磁波是横波电磁波是横波电场电场和磁场和磁场总是垂直于波的传播方向。总是垂直于波的传播方向。EH2电场总是垂直于磁场。电场总是垂直于磁场。3总是给出波的传播方向。总是给出波的传播方向。4两种场总以相同的频率变化，且彼此同相（同步）。两种场总以相同的频率变化，且彼此同相（同步）。EH平均能流密度平均能流密度 在光波段，介质分子的磁化机构几乎冻结，在光波段，介质分子的磁化机构几乎冻结，磁导率磁导率 则光强与电磁场振幅的关系为：则光强与电磁场振幅的关系为：能流密度的能流密度的平均值正比平均值正比于电矢量振于电矢量振幅的平方幅的平方?四、光的强度（辐照度）四、光的强度（辐照度）讨论讨论：（1）如果在同一种介质中研究光强的空间分布，则定义光强：）如果在同一种介质中研究光强的空间分布，则定义光强：相对强度相对强度（2）如果在不同介质中比较光强，则有）如果在不同介质中比较光强，则有12 波动的独立性、叠加性和相干性波动的独立性、叠加性和相干性一、机械波的独立性和叠加性一、机械波的独立性和叠加性 1独立性独立性2叠加性：叠加性：3波的干涉：波的干涉：如如两波频率相同两波频率相同，在，在观察时间内振动不中断观察时间内振动不中断，且在，且在相遇相遇处振动方向几乎沿同一直线处振动方向几乎沿同一直线，则迭加后产生的合振动可，则迭加后产生的合振动可能在有些地方加强有些地方减弱，这一强度按空间周期能在有些地方加强有些地方减弱，这一强度按空间周期性变化的现象称为干涉。性变化的现象称为干涉。n干涉：干涉：在波的叠加区域内，强度按空间周期性变 化的现象称为干涉。干涉花样：干涉花样：各点的振动强度的一定的非均匀分布 的整体图像称为干涉花样。杨氏干涉花样等厚干涉花样等倾干涉花样空气薄膜厚度不同形成的环状干涉花样牛顿环迈克尔逊干涉花样法布里珀罗干涉花样二、干涉现象是波动的特性二、干涉现象是波动的特性波动的特征波动的特征 能量以振动的形式在物质中依次移动，能量以振动的形式在物质中依次移动，物质本身并不随波移动。物质本身并不随波移动。二、干涉现象是波动的特性二、干涉现象是波动的特性波动的特征波动的特征 能量以振动的形式在物质中依次移动，能量以振动的形式在物质中依次移动，物质本身并不随波移动。物质本身并不随波移动。微粒的特征：微粒的特征：依靠微粒来迁移能量，能量随微粒一起移动。依靠微粒来迁移能量，能量随微粒一起移动。物体发射光时损失能量，吸收光时获得能量，光在物质物体发射光时损失能量，吸收光时获得能量，光在物质中传播时能量从物质的一部分迁移到另一部分，这种迁中传播时能量从物质的一部分迁移到另一部分，这种迁移可能依靠波动、也可能依靠移动着的粒子。移可能依靠波动、也可能依靠移动着的粒子。干涉现象的出现，肯定了干涉现象的出现，肯定了光的波动性光的波动性。凡有一定分布的干涉花样出现的现象，均可作凡有一定分布的干涉花样出现的现象，均可作为该现象具有波动性的最可靠、最有力的证据。为该现象具有波动性的最可靠、最有力的证据。三、相干与不相干迭加三、相干与不相干迭加（一）两列同频率沿同方向振动的简谐波叠加（一）两列同频率沿同方向振动的简谐波叠加 设两同振向、同频率的简谐波：设两同振向、同频率的简谐波：2 1 AA2A1叠加后合振动为：叠加后合振动为：合振动的振幅合振动的振幅A为：为：合振动强度不等于分振动的强度之和。合振动强度不等于分振动的强度之和。合振动之初位相合振动之初位相为：为：在观察的时间间隔在观察的时间间隔内，合振动的平均相对强度。内，合振动的平均相对强度。讨论：讨论：恒定时，恒定时，1、为干涉项。为干涉项。（1）若）若 干涉相长干涉相长（加强）（2）若）若 干涉相消干涉相消（减弱）（3）若）若 为其它值时，为其它值时，j=0、j=0、（4）如 2若若随时间不断变化随时间不断变化设在设在0时间内，时间内，取取02的所有值。的所有值。当两列波的相位差不恒定时，其合光强等于两束光分别当两列波的相位差不恒定时，其合光强等于两束光分别照射时光强之和，此时只叠加而不相干。照射时光强之和，此时只叠加而不相干。两同频、同振向的简谐波相遇，因相位差处处恒定，两同频、同振向的简谐波相遇，因相位差处处恒定，此叠加为相干的。此叠加为相干的。（二）相干与非相干迭加（二）相干与非相干迭加 1相干叠加相干叠加：频率相同频率相同、振向几乎沿同一直线振向几乎沿同一直线、且、且在在观察时间内两振动的相位差保持不变观察时间内两振动的相位差保持不变的的两振动的叠加是相干的。两振动的叠加是相干的。2非相干叠加非相干叠加：两振动的相位差在观察时间内无规则地两振动的相位差在观察时间内无规则地改变，合振动的平均强度简单地等于分改变，合振动的平均强度简单地等于分振动强度之和时的叠加是非相干迭加。振动强度之和时的叠加是非相干迭加。多个振动叠加时情况多个振动叠加时情况推广：推广：设有几个同频的振动、振幅均为设有几个同频的振动、振幅均为A，振向沿同一直线，振向沿同一直线 如果叠加是如果叠加是相干相干的的 如果叠加是如果叠加是非相干非相干的的（三）光波的迭加（三）光波的迭加113 3 由单色波迭加所形成的干涉花样由单色波迭加所形成的干涉花样一、相位差和光程差一、相位差和光程差S1S2PS1S2P1.相位差相位差 2.光程差光程差 光程光程 S1S2P当当 二、干涉花样的形成二、干涉花样的形成（一）（一）P P点合振动的相对强度点合振动的相对强度 2 1AA2A1 取 1当 j=0、j=0、P点的光程差等于点的光程差等于 的偶数倍时，两波叠加后强度最大，称干涉相长的偶数倍时，两波叠加后强度最大，称干涉相长2当当 j=0、P点的光程差等于点的光程差等于 的奇数倍时，两波叠加后强度最小，称干涉相消的奇数倍时，两波叠加后强度最小，称干涉相消3当当 j=0、j 干涉级，因干涉级，因 j 从从 0 开始开始 有有 m 个条纹，其级数应为个条纹，其级数应为 j=m 1（二）干涉花样的分析（二）干涉花样的分析1花样的定性分析花样的定性分析S1S2Z2条纹位置及条纹间隔条纹位置及条纹间隔 在在 时，时，最大时有：最大时有：P点为亮纹点为亮纹 光强最大光强最大条纹位置条纹位置 j=0、明纹位置明纹位置 光强最小条纹位置光强最小条纹位置 P点为暗纹点为暗纹 最小时有：最小时有：j=0、j=0、暗纹位置暗纹位置条纹间距条纹间距 讨论：讨论：(1)各级亮条纹光强相等，各级亮条纹光强相等，(2)相邻亮条纹或暗条纹相邻亮条纹或暗条纹 均是等间距的均是等间距的,且与干涉级且与干涉级j无关。无关。(3)入射光入射光 一定时，一定时，与与r0成正比，与成正比，与d 成反比。成反比。故要得到清晰的条纹，需故要得到清晰的条纹，需r0 d。(4)r0、d一定，一定，。如用如用白光白光作光源作光源，除除j=0级中央明纹为级中央明纹为白色白色外，外，其两旁对称分布着其两旁对称分布着 里紫外红里紫外红的彩色条纹。的彩色条纹。白光入射的杨氏双缝干涉照片白光入射的杨氏双缝干涉照片白光入射的杨氏双缝干涉照片白光入射的杨氏双缝干涉照片作作 业业教材第教材第66页：页：1.1；1.2；1.3作作 业业1思考题：思考题：（1）两盏灯发出的光照射到同一处，为什么观察不到干涉条纹？）两盏灯发出的光照射到同一处，为什么观察不到干涉条纹？（2）两列波相干的必要条件是什么？）两列波相干的必要条件是什么？2预习：预习：的相关内容的相关内容