第 20 章 光的干涉和衍射ppt课件.ppt

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1、第20章光的干涉和衍射§20.1光波的相干叠加§20.3薄膜干涉§20.4偏振光的干涉§20.5光的衍射§20.6光栅衍射§20.7圆孔衍射光学仪器的分辨本领§20.8X射线的衍射第20章光的干涉和衍射§20.2双缝干涉一、光波叠加原理二、光波的相干叠加r2r1S1·S2·p·同方向振动,同频率§20.1光波的相干叠加∵光强I∝E02非相干光源对于普通光源发出的光如果即两个光源发出的光之间具有确定的相位差,则把这两个光源称为相干光源,它们所发出的就是相干光。当两束相干光在空间任一点相遇时,它们之间的相位差随空间位置不同而连续变化,也连续变化,从

2、而在不同位置上出现光强的强弱分布,这种现象就是光的干涉现象。干涉相长(明)(k=0,1,2,3…)干涉相消(暗)(k=0,1,2,3…)相干条件:振动方向相同,频率相同,具有确定的相位差。注:相干条件系针对两个光源而言,因此,具有确定的相位差是指两个光源的初相位之差确定。若两个光源的初相位相等,则干涉极大或极小仅由场点到源点的光程差决定。∵光强I∝E02ImaxIminI2p4p-2p-4p0I2p4p-2p-4p0(k=0,1,2,3…)干涉条纹的可见度当I1=I2=I0时,V=1I1<

3、大。END一、双缝干涉x缝间距d10-4m,Lm光程差:明纹暗纹波阵面分割相干光k=0,1,2,…条纹间距LxI0Pq§20.2双缝干涉(1)平行的明暗相间条纹(3)中间级次低(4)条纹特点:(2)不太大时条纹等间距xI0x+1x+2x-1x-2白光?明纹暗纹k=0,1,2,…条纹间距IxxI0x+1x+2x-1x-2不同波长非相干叠加,强度相加Ix二、波长对条纹的影响LDqaax三、光源宽度对条纹的影响光程差d=kl,由几何关系∴明纹位置k=0时,条纹宽度不变条纹规律不变,整体向x轴负方向平移xIx0x0可见度下降当移动距离恰为条纹宽

4、度时可见度为零光的空间相干性四、其它双缝型干涉装置1.菲涅耳双面镜2.洛埃镜SS1S2M1M2S1SS:实光源,S1、S2:虚光源MM1、M2:平面反射镜两虚光源为相干光源,阴影部分出现干涉S:实光源,S1:虚光源M:平面反射镜阴影部分出现干涉[例20-1]一射电望远镜的天线设在湖岸上,距湖面高度为h,对岸地平线上方有一恒星正在升起,恒星发出波长为l的电磁波。求:当天线测得第1级干涉极大时恒星所在的角位置。解:hCAB由几何关系,并考虑到在水面反射时存在着半波损失取k=1[例20-2]用薄云母片(n=1.58)覆盖在杨氏双缝的中一条缝上,这时屏

5、上的零级明纹移到原来的第七级明纹处。如果入射光波长为550nm,问云母片的厚度为多少?解:原七级明纹P点处插入云母后,P点为零级明纹P0dS1S2r1r2[例20-3]杨氏双缝的间距为0.2mm,距离屏幕为1m。(1)若第一到第四明纹距离为7.5mm,求入射光波长。(2)若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹的间距。解:END一、薄膜干涉的复杂性薄膜干涉振幅分割影响薄膜干涉条纹分布的因素薄膜光源厚度是否均匀表面是否平整点光源面光源平行光垂直入射斜入射干涉条纹的定域§20.3薄膜干涉dn1n1n2n1>n2二、等倾干涉条纹点光源照射到表面平整,

6、厚度均匀的薄膜上产生的干涉条纹。rBCDiAdn1n1n2n1>n2rBCDiA当干涉极大干涉极小条纹位置由入射角确定,一定的入射角对应同一级明条纹或暗条纹。因此称为等倾干涉条纹。条纹定域于无穷远处(透镜的焦平面上)对于透射光,无半波损失与反射光所形成的条纹互补。SLM观察屏薄膜等倾干涉条纹的获得条纹特点:形状:同心圆环条纹间隔分布:内疏外密条纹级次分布:d一定时,膜厚变化时,条纹的移动:波长对条纹的影响:k一定时,k,d一定时,中央级次高,边缘级次低条纹由中央冒出若改用面光源照明,条纹不变,明条纹亮度增加。[例20-4]如用白光垂直入射到空气

7、中厚为320nm的肥皂膜上(其折射率n=1.33),问肥皂膜呈现什么色彩?解:黄光!取k=1,2,3代入上式,分别得:红外紫外[例20-5]平面单色光垂直照射在厚度均匀的油膜上,油膜覆盖在玻璃板上。所用光源波长可以连续变化,观察到500nm与700nm波长的光在反射中消失。油膜的折射率为1.30,玻璃折射率为1.50,求油膜的厚度。解:n1n2三、等厚干涉条纹平行光照射到表面平整,厚度不均匀的薄膜上产生的干涉条纹。条纹定域于薄膜的上表面。1.劈尖干涉平行光垂直入射,薄膜上下表面之间夹角极小。and薄膜厚度d相同之处对应于同一级条纹,因此称为等厚

8、干涉条纹。条纹特点:形状:平行于劈尖的直条纹条纹间隔分布:条纹级次分布:厚度越大,级次越高。and劈尖处为0级暗条纹相邻明(暗)条纹对应的薄膜厚度差相

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