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[工学]10光的干涉g

大学物理学 * ? ? 第十八章 波动光学 18-1 光的相干性 ? 18-2 分波面干涉 18-3 分振幅干涉 一、光源 18-1 光的相干性 光源的最基本发光单元是分子、原子 ? = (E2-E1)/h E1 E2 能级跃迁辐射 普通光源:自发辐射 独立(不同原子发的光) · · 独立(同一原子先后发的光) 发光的随机性 发光的间隙性 波列 波列长L = ? c 1、光源的发光机理 ? 光波是电磁波。 光波中参与与物质相互作用(感光作用、生理作用)的是 E 矢量,称为光矢量。 E 矢量的振动称为光振动。 2、光强 在波动光学中,主要讨论的是相对光强,因此在同一介质中直接把光强定义为: 光强:在光学中,通常把平均能流密度称为光强, 用 I 表示。 二、光的相干性 要使两列波在P处产生相干叠加 两列波的条件: (1)频率相同 (2)振动方向相同 (3)具有固定的位相差 相干光 1 分波前的方法 杨氏干涉 2 分振幅的方法 等倾干涉、等厚干涉 普通光源获得相干光的途径(方法) p S * 分波面法 分振幅法 · p 薄膜 S * 光在介质中传播几何路程为r,相应的位相变化为 ? 三 光程和光程差 光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程 即:光程这个概念可将光在介质中走过的路程,折算 为光在真空中的路程 光程差 光在真空中的波长 若两相干光源不是同位相的 两相干光源同位相,干涉条件 不同光线通过透镜要改变传播方向, 会不会引起附加光程差? 问题 A、B、C 的位相相同,在F点会聚,互相加强 A、B、C 各点到F点的光程都相等。 AaF比BbF经过的几何路程长,但BbF在透镜中经过的路程比AaF长,透镜折射率大于1,折算成光程, AaF的光程与BbF的光程相等。 解 释 使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。 18-2 分波面干涉 一、杨氏双缝干涉 S 1 S 2 S * * * ? 杨氏干涉条纹 波程差: 干涉加强 明纹位置 干涉减弱 暗纹位置 D d (1)明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧。 干涉条纹特点: (2)相邻明条纹和相邻暗条纹等间距,与干涉级k无关。 两相邻明(或暗)条纹间的距离称为条纹间距。 若用复色光源,则干涉条纹是彩色的。 方法一: 方法二: (3) D,d一定时,由条纹间距可算出单色光的波长。 二、其他分波阵面干涉装置 1、菲涅耳双面镜 虚光源 、 平行于 明条纹中心的位置 屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上,屏幕 上明暗条纹中心对O点的偏离 x为: 暗条纹中心的位置 光栏 2 洛埃镜 光栏 当屏幕 E 移至E处,从 S1和 S2 到 L点的光程差为零,但是观察到暗条纹,验证了反射时有半波损失存在。 例18-2 如图所示,将折射率为n=1.58的薄云母片覆盖在杨氏干涉实验中的一条狭缝S1上,这时屏幕上的零级明纹上移到原来的第七级明纹的位置上,如果入射光波长为550 nm,试求此云母片的厚度. 解 设屏上原来第七级明条纹在P处,覆盖云母片前两束相干光在P点的光程差为 设云母片厚度为d,在S1上复盖云母片后,按题意,两相干光在P点光程差为零,得 ? 所以云母片厚度为6.6μm,上式同时也提供了一种测量透明介质折射率的方法. 利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和折射,可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。 一、薄膜干涉 扩展光源照射下的薄膜干涉 a1 a2 a 在一均匀透明介质n1中 放入上下表面平行,厚度 为e 的均匀介质 n2(n1),用扩展光源照射薄膜,其 反射和透射光如图所示 一 薄膜干涉 ? 18.3 分振幅干涉 光线a2与光线 a1的光程差为: 半波损失 由折射定律和几何关系可得出: a1 a2 a 干涉条件 薄膜 a a1 a2 n1 n2 n3 不论入射光的的入射角如何 额外程差的确定 满足n1n2n3(或n1 n2 n3) ?产生额外程差 满足n1n2n3(或n1 n2 n3) ?不存在额外程差 对同样的入射光来说,当反射方向干涉加强时,在透射方向就干涉减弱。 薄膜 a a1 a2 n1 n2 n3 二、增透膜和增反膜 增透膜----- 利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射,从而使透射增强。 增反膜----- 利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉,因此反射光因干涉而加强。 例18-4 如图所示,在照相机玻璃镜头的表面涂有一层透明的氟化镁(MgF2)薄膜,为了使对某种照相底片最敏感的波长为550nm的黄绿光透射增强.试问

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