大学物理-光的干涉

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1、光的干涉第十八章18-1光波的一般知识光波的叠加一、光是一种电磁波1.光的波动方程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。可见光频率范围可见光波长范围可见光颜色对照2.光速、光的波长和频率真空中光速介质中光速介质的折射率光在介质中的波长光在介质中的波长是它在真空中波长的n分之一。二、光源光源的最基本发光单元是分子、原子=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射普通光源(热光源和冷光源)：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=c1、光源的发光机理

2、2.相干光源能产生振动方向相同、频率相同、相位相同或者相位差保持恒定的光的两个光源是相干光源。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3.获得相干光源的方法三.光波的叠加两频率相同，光矢量方向相同的光源在p点相遇1、光的非相干叠加独立光源的两束光或同一光源的不同部位所发出的光的位相差“瞬息万变”叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和，无干涉现象2、光的相干叠加满足相干条件的两束光叠加后位相差恒定，有干涉现象若干涉相长干涉相消两相干光束两非相干光束一个光源四、光程和光程差1.光程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

3、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2.透镜不引起附加光程差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。使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差。18-2分波前干涉一、杨氏双缝干涉S1S2S***1.双缝干涉条纹的位置D>>d光程差：干涉加强明纹位置干涉减弱暗纹位置(1)条纹分布明暗相间的条纹对称分布于中心O点两

4、侧。(2)条纹间隔相邻明条纹和相邻暗条纹等间距，与干涉级k无关。2.双缝干涉条纹的特点方法一：方法二：D,d一定时，由条纹间距可算出单色光的波长。(4)若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。(3)若将整个装置放于折射率为n的介质中二、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。问：原来的零级条纹向上还是向下移？若移至原来的第k级明条纹处

5、，其厚度h为多少？例：已知：S2缝上覆盖的介质厚度为h，折射率为n，设入射光的波长为.解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：所以零级明条纹下移原来k级明条纹位置满足：设有介质时零级明条纹移到原来第k级处，它必须同时满足：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a1a2a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18-3薄膜干涉光线a2与光线a1的光程差为：半波损

6、失由折射定律和几何关系可得出：a1a2a干涉条件薄膜aa1a2n1n2n3不论入射光的的入射角如何额外程差的确定满足n1n3(或n1>n2n2>n3(或n1

7、的厚度为多少？此增透膜在可见光范围内有没有增反？例已知用波长，照相机镜头n3=1.5，其上涂一层n2=1.38的氟化镁增透膜，光线垂直入射。解：因为，所以反射光经历两次半波损失。反射光相干相消的条件是：代入k和n2求得：此膜对反射光相干相长的条件：可见光波长范围400~700nm波长412.5nm的可见光有增反。问：若反射光相消干涉的条件中取k=1，膜的厚度为多少？此增透膜在可见光范围内有没有增反？一、劈尖干涉夹角很小的两个平面所构成的薄膜空气劈尖棱边楔角平行单色光垂直照射空气劈尖上，上、下表面的反射光将产生干涉，厚度为e处，两相干光的光程差为18-4劈尖干

8、涉牛顿环干涉条件劈尖上厚度相同的地方，两相干光的光程