大学物理光学 第1章 光的干涉.ppt

Chap. 1 Interference of Light第1章 光的干涉 主要内容 1.1 波动的叠加性和相干性 1.2 由单色波叠加所形成的干涉图样 1.3 分波面双光束干涉 1.4 干涉条纹的可见度 光波的时间相干性和空间相干性 1.5 菲涅耳公式 1.6 分振幅薄膜干涉（一）——等倾干涉 1.7 分振幅薄膜干涉（二）——等厚干涉 1.8 迈克耳孙干涉仪 1.9 法布里-珀罗干涉仪 多光束干涉 1.10 干涉现象的一些应用 牛顿环 1.1 波动的叠加性和相干性 一、电磁波的传播速度 ①.光是某一波段的电磁波， 其速度就是电磁波的传播速度。 ②. 光波中的振动矢量通常指的是电场强度 对人的眼睛或感光仪器起作用的是电场强度 引起光效应的 主要是电场强度 而不是磁场强度 ③可见光在电磁波谱中只占很小的一部分 波长在390~760nm 的狭窄范围以内, 频率：7.5×1014 ~4.1×1014 Hz 。 ④．光强： 1）光强度、光照度、平均能流密度 2）相对强度 ，其值与所处媒质的折射率有关 二、机械波的叠加性 　 在两列波相遇处体元的位移等于各列波单独传播时在该处引起的位移的矢量和——波的叠加原理。 三、相干叠加与非相干叠加 　1.波动的相干性 　干涉现象 　相干条件：频率相同 ，振动方向相同，相位差恒定。 波动是振动在空间的传播——复习简谐波振动的合成（电磁） 2.相干叠加： 1) 相位相同 2)相位相反: 3)振幅相同，相位任意（ ） 3. 非相干叠加： ，则： 4. 多个叠加 : 上述分析对光振动在空间任意一点的叠加也是适用的。 1.2 由单色波叠加所形成的干涉图样 一、相位差和光程差： 真空中 均匀介质中 光程： 光程差： 相位差： 二、干涉图样的形成： 1.干涉图样的形成： （1）干涉相长： 即：光程差等于半波长偶数倍的那些P点，两波叠加后的强度为最大值。 （2）干涉相消： 即：光程差等于半波长奇数倍的那些P 点，两波叠加后的强度为最小值。 （3）一般情况： 2.干涉条纹的计算： 见前图 在近轴和远场近似条件 即rd 和 r 情况下： 最大值点： 最小值点： 条纹间距： 3.干涉图样的分析 （1）各级亮条纹光强都相等，相邻条纹（亮或暗）等间距，且与j无关； （2）单色光波长 一定时， （3）当 、d一定时， （4）白光照射，除中央亮斑外，其余是彩色条纹 （5）干涉图样记录了相位差的信息： 另： ，干涉花样不变，但条纹有移动 1.3 分波面双光束干涉 一 光源和机械波源的区别 1. 2.机械波源：振源 3.区别 二、获得稳定干涉图样的条件 典型的干涉实验 1. 获得稳定干涉 图样的条件 ： 从同一批原子发射出来经过不同光程的两列光波。 2.干涉的分类： 3.分波面干涉的特殊装置和典型实验： （1）杨氏实验 相位差： （2）菲涅尔双面镜： 装置：两块平面反射镜，两镜面相交接近180°. 条纹间距： （３）劳埃德镜： 装置：一块下面涂黑的平玻璃板。 半波损失： 光程差：　　　 条纹特点：Ｍ`处为暗纹，干涉条纹仅在Ｍ`一侧 （无损则应为亮纹） （其它都是对称分布于两侧） （4）维纳驻波实验： 驻波： 振幅相同而传播方向相反的两列简谐相干波叠加得到的振动。 条纹间距： 特点：驻波也有 “半波损失” 。 1.4 干涉条纹的可见度 光波的时间相干性和空间相干性 一、干涉条纹的可见度（对比度、反衬度） 影响因素很多，主要是振幅比。 二、 光源的非单色性