[理学]33光的干涉A打印版.ppt

4.相干性 一.光程 §17-4 薄膜干涉---等倾条纹 二.应用 1.增透膜 e增大，则k增大，圆环中心处有圆环冒出；e减小，则k减小，圆环中心处有圆环吞入。 垂直入射时有 ----明 ----暗 2.透射光干涉 光程差 透射光明、暗区条件 ---明 ---暗 反射光和透射光互补，反射光干涉加强时，透射光干涉减弱。 [例2]在白光下，观察一层折射率为 1.30的薄油膜，若观察方向与油膜表面法线成300角时，可看到油膜呈蓝色(波长为480nm), 试求油膜的最小厚度，如果从法向观察，反射光呈什么颜色? 解: 需考虑半波损失。根据明纹条件 k=1时有 从法向观察，i=0: k=1时： k=2时： ----绿色光 ----紫外光，不可见 玻璃 MgF2 光在膜的上下表面反射时都有半波损失 反射光干涉相消时有 * * 研究光的波动特性：干涉、衍射、偏振 §17-1 光的单色性和相干性 一.光源 1.定义：发光体称为光源。 2.可见光是电磁波谱的一个组成部分,其波长范围为： 单色光：具有单一频率的光波 光波： 的电磁波 色散：红橙黄绿青蓝紫 激发 辐射 发光持续时间 激发态上电子的寿命 (1)热光源发光特点 3.光源的分类 按光的激发方法分为：热光源和冷光源 不同原子激发、辐射时彼此没有联系 ----同一时刻各原子发出光波的频率、振动方向和相位各不相同 同一原子不同时刻所发出的波列，振动方向和相位各不相同。 发光是间歇的光波列 ----长度有限、频率一定、振动方向一定的光波 两个独立的光源发出的光或同一光源的两部分发出的光都不是相干光 同一原子同一次发出的光在空间相遇时是相干光 (2)冷光源发光特点：利用化学能、电能或光能激发的光源。 分振幅法：利用光在两种介质分界面上的反射光和透射光作为相干光 如薄膜干涉 二.相干光的获得方法 分波阵面法：从同一波阵面上取出两部分作为相干光源。 如杨氏双缝实验 §17-2 双缝干涉 一.杨氏双缝实验 1.装置原理 2.干涉明暗条纹的位置 波程差 可得干涉明暗条纹的位置 明纹 暗纹 其中 3.讨论： 对应于k=0的明纹称为中央明纹, 对应于k=1, k=2,?称为第一级, 第二级，?明纹 相邻两明(或暗)纹的间距 ----明暗相间的等间隔条纹 ?一定时 白光照射： ----条纹变稀疏 d和D一定时 d?或D? d?或D? ?x? ?x? ----条纹变密集 ?? ?x? ?? ?x? 中央明纹为白色，其它各级为彩色，内紫外红 若 ，则 明纹光强 暗纹光强 光强分布 ----I1、I2为两相干光单独在P点处的光强 [补例]在杨氏双缝干涉实验中，设两缝间距d=0.2mm， 屏缝间距D=100cm。(1)以波长为589.0nm的单色光照射，求十条干涉明纹之间的距离；(2)以白光照射，出现彩色干涉条纹，求第二级光谱的宽度。 二.菲涅耳双面镜实验 ----明暗条纹分布与杨氏双缝实验相同 等效为两个虚光源光的干涉 三.洛埃镜实验 光在镜面反射时有半波损失 ----结果与杨氏双缝实验相反 暗纹 §17-3 光程与光程差 设c为光在真空中的传播速度，v为光在折射率为n的媒质中的传播速度 由折射率定义 t时间内，光在介质中传播的距离 t时间内，光在真空中传播的距离 光程：光在某一媒质中走过的几何路程r与该媒质折射率n的乘积nr。 介质中 真空中 意义：将媒质中的路程折算成真空中的路程，以便比较。 光程差： 相位差： ?：光在真空中的波长 [补例]如图,在S2P间插入折射率为n、厚度为e的媒质。求:(1)光由S1、S2到P的相位差Δφ;(2)若未放媒质时,x处为明纹,问放置媒质后,该条纹向哪个方向移动？ S1 S2 r1 r2 e n p ? 二.透镜的等光程性 AF和CF在空气中传播距离长，在透镜中传播的距离短 BF则相反 AF、CF和BF的光程相等，它们会聚在F点，形成亮点 透镜不会引起附加的光程差。 [例1]在杨氏双缝实验中,用折射率n=1.58的透明薄膜盖在上缝上,并用λ=6.328?10－7m的光照射,发现中央明纹向上移动了5条,求薄膜厚度。 解：P点为放入薄膜后中央明纹的位置 又因P点是未放薄膜时第N级的位置 可得： 另解： 光程差每改变一个?，条纹移动一条 因r2光程未变，r1改变了(n-1)x 一.薄膜干涉 光程差 1.反射光干涉 根据折射定律 明、暗区条件 ----暗 ----明 讨论： ----等倾干涉 由 知，光程差是入射角的函数，即光源不同位置发出的光，只要倾角相同，均对应同一干涉级k。 等倾干涉条纹是一组明暗相间的同心圆环，圆环分布内疏外密；半径大的圆环对应的i大，而干涉级k低。 薄膜 反射板 透镜 屏幕