Ch19光的干涉-牛顿环.ppt

第十九章 光的干涉 1. 光程 2. 光程差 19-4 薄 膜 干 涉 1. 分振幅薄膜等倾干涉 2. 分振幅薄膜等厚干涉 ③ 牛顿环 曲率半径很大的平凸透镜的凸面和平板玻璃之间形成自中心向外逐渐变厚的空气薄层。当入射光垂直地射向平凸透镜时，透镜下表面（凸面）所反射的光和平板玻璃上表面所反射的光互相干涉，形成干涉条纹。如果光束是单色光，我们将观察到明暗相间同心环形条纹；如果是白色光，将观测到彩色条纹。这种环形干涉条纹叫牛顿环。 分析光程差，取 n=1， (考虑半波损失) 目标: 消去e 计算环的半径 r 当λ已知时，只要测出第m级暗环（或亮环）的半径，即可 算出透镜的曲率半径R。反之亦然。 考虑到玻璃的弹性形变（会导致附加的光程差）及环心位置 不易确定，采用逐差的方法可消除附加的光程差的影响，采用 测量直径以避免确定环心的位置。 透镜半径的测量表达式为： 牛顿环的应用 例2： * 一 光学分类： 几何光学：主要研究光的几何传播以及成像规律。 波动光学：主要研究光的波动性，包括干涉、衍射及偏振规律。 量子光学：主要研究光的量子性，包括光与物质相互作用的规律。 二 光的干涉现象： 两光相遇，相遇区域有些地方光始终加强，有些地方光始终减弱，即明暗形成稳定分布的现象。 本章讨论： 杨氏双缝干涉。 相干光与光程。 薄膜干涉。 19-1 杨氏双缝干涉 一 实验装置和现象 两相干光源的干涉图示 由托马斯 .杨于1801年实现。给光的波动理论提供了有力的实验基础。 试验装置示意图 为两光的波程差。 出射的光同相， 到达 P点的位相差完全由波程差决定。 波函数 位相差 合振幅最大 合振幅最小 同方向同频率谐振动的合成 2 当 两光到达 P点的相差： 反相。 此时 P点出现暗条纹，即 P点为干涉相消的位置。 k为干涉级次。 k = 0为零级明纹或中央明纹。 波程差为其他值时，光强介于明暗之间。 1 当 两光到达 P点的相差： 同相。 此时 P点出现明条纹，即 P点为干涉极大的位置。 1807年，杨发表了《自然哲学与机械学讲义》，书中综合整理了他在光学方面的理论与实验方面的研究，并描述了双缝干涉实验，后来的历史证明，这个实验完全可以跻身于物理学史上最经典的前五个实验之列。 杨的著作点燃了革命的导火索，光的波动说在经过了百年的沉寂之后，终于又回到了历史舞台上来。但是它当时的日子并不好过，在微粒说仍然一统天下的年代，杨的论文开始受尽了权威们的嘲笑和讽刺，被攻击为“荒唐”和“不合逻辑”。在近20年间竟然无人问津，杨为了反驳专门撰写了论文，但是却无处发表，只好印成小册子。但是据说发行后“只卖出了一本”。 1773—1829 托马斯·杨，于1801年进行了一次光的干涉实验，即著名的杨氏双孔干涉实验，并首次肯定了光的波动性。 二 光强分布及条纹特点： 1 条纹宽度： 明纹宽度即相邻暗纹距离： 同理得暗纹宽度： 所有条纹宽度相等。 暗纹中心位置 明纹中心位置 思考： （1）当缝间距d不断增大时，干涉条纹如何变化？为什么？ （2）当缝光源S在平行于双缝平面向下或向上移动时，干涉条纹如何变化？ 2 色散： 条纹按波长排列规律：“红外紫内” 3 明纹和暗纹的光强 暗纹光强由于两光振动反相为零。 明纹光强： 明纹光强为两光单独照射时的光强的4倍。 一 相干条件和相干光 相干条件：同频，同振动方向，位相差恒定。 满足相干条件的光为相干光。 19-2 相干光 两独立的普通光源为何不产生干涉现象？ 二 普通光源发光机理 不连续的波列 波列的频率、偏振方向、位相等都是随机的。 原子发光机理 波列的频率、偏振方向、位相等都是随机的。 两独立的普通光源叠加后由于光强相加（非振幅相加）而在叠加区域形成一片均匀照明。 原子的能级和发光跃迁 三 用普通光源获得相干光 将光源同一点发出的光分成两部分后再相遇。 1 分波阵面法 杨氏双缝、 菲涅耳双镜、 劳埃镜等 2 分振幅法（薄膜干涉等）。 四 菲涅耳双镜 五 劳埃德镜 半波损失： 光自光疏媒质向光密媒质入射，遇到分界面反射时位相发生突变（即损失了半个波长）。 问题：镜与屏的交点明或暗？ 相当于把光在介质中通过的路程折算成真空中的路程。 在介质中传播的波长，折算成真空中波长的关系。 真空中光速 介质中光速 折射率 光在介质中经历 r 的距离需时 19-3 光 程 3. 成像的等光程性 两光程之差 叫做光程差。 相位差： 当用透镜或透镜组成的光学仪器观测干涉时，观测仪器不会带来附加的光程差。 结论： 4. 用光程差表示明暗干涉条纹产生的