大学普通物理课件第22章-光的干涉

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1、第二十二章光的干涉InterferenceofLight本章主要内容§22-1杨氏双缝干涉§22-2相干光和非相干光§22-5光程光程差§22-6薄膜干涉（一）等厚条纹§22-7薄膜干涉（二）等倾条纹§22-8Michelson干涉仪§22-3，§22-4空间相干性和时间相干性第二十二章光的干涉光（一般指可见光）是一定频率范围内的电磁波。频率：波长：单色光只含有单一频率成分的光。颜色与频率对应复色光含有多种频率成分的光。颜色较复杂干涉现象——满足一定条件的两列波在空间重叠，在重叠区域内，由于波的叠加而形

2、成强度或加强或减弱的空间分布，且这种强弱分布是稳定的。干涉是波动的普遍特性，机械波、电磁波都有。光的干涉是指作为电磁波的光波所产生的干涉。第三章光的干涉§22-1杨氏双缝干涉Young’sDouble-slitInterferenceT.Young的实验装置：在光的本质是电磁波被确认（19世纪中叶）之前，波动光学就已经发展起来了（自1801年）。在此之前关于光的本质的问题在理论上一直争论不休。1801年T.Young的干涉实验第一次从实验上为光的波动本质提供证据。微粒说波动说杨氏双缝实验的历史背景：返回

3、线光源柱面波§3-1杨氏双缝干涉设以波长为的单色光作为光源，双缝间距为d，双缝到观察屏的距离为D。考察屏上坐标为x的P点处的干涉情况：杨氏双缝实验的理论分析：P和视为同频、同相的光源，设它们在P点引起的振动振幅为和（视为简谐波），合成后的振幅为返回§3-1杨氏双缝干涉相邻明/暗条纹的间距：查看暗条纹：明条纹：k称为明条纹的级次.的明条纹称为零级明纹或中央明纹.分别称为第1级,第2级……明纹.波程差为其它值的各点,光强介于最明和最暗之间。§3-1杨氏双缝干涉观察屏上光强随空间的分布：xOI4I1xOI明

4、纹最亮处的光强为,暗纹最暗处的为。条纹明暗对比鲜明.,条纹对比差。引入衬比度：如果白光入射：xOI4I11级2级3级4级光谱零级白条纹表明相邻明纹(或暗纹)的间距和波长成正比.因此,如果用白光做实验,则除了中央明纹的中部因各单色光重合而显示为白色外,其它各级明纹将因不同色光的波长不同,它们的极大所出现的位置错开而变成彩色的,并且各种颜色级次稍高的条纹将发生重叠以致模糊一片分不清条纹了.§3-1杨氏双缝干涉例1：在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是（)使屏靠近双缝B)使两缝的间距

5、变小C)把两缝的宽度稍微变窄D)改用波长较小的单色光源B例2:在双缝干涉实验中，双缝间距为d，双缝到屏的距离为D，测得中央零级条纹与第五级明纹之间的距离为x，则入射光的波长为xd/5D。提示：§22-2相干光和非相干光CoherentLightandNon-coherentLight1.相干光与非相干光两列波干涉，本质上是两波在相遇区域的每一点引起的振动的合成。不同位置的合成振动振幅不同，但不应随时间变化！这就要求两列波满足相干条件：并非所有的光源都能满足这些条件。杨氏双缝实验能满足，普通白炽灯不能。为

6、什么？频率相同振动方向相同相位差恒定保证了强弱分布稳定。恒定，要求和的相差不随时间变化。相干条件§3-2相干光和非相干光普通单色光源的频率基本相同普通光源的发光特点原子发光原理定态能级基态激发态自发辐射跃迁光子波列及其随机性单个波列特点：一定频率固定振动方向有限长度波列之间的随机性：频率和振动方向不确定长度和间隔不确定不论是否同一原子所发§3-2相干光和非相干光相干光的获得结论由于波列之间的随机性，普通光源上的不同原子发出的光波，即使频率和振动方向相同，也不可能有恒定的相差。因此，普通光源所

7、发的光是非相干光。只有光源上同一原子同一次发出的波列才可能相干。必须将同一原子同一次发出的光分成两部分。分振幅法：把同一波列分成几部分，再使得其中两部分相遇。分波面法：使得同一波阵面上的两波列相遇。相干相干分波面法分振幅法§3-2相干光和非相干光Fresnel双面镜分波面法实例：杨氏双缝实验等反射的波阵面可认为是虚光源S1发出的。类似于杨氏,S和S1构成两个反相的相干光源，因为半波损失。查看Lloyd面镜屏与面镜接触，接触处为暗条纹。r1r2查看§3-2相干光和非相干光半波损失有半波损失无半波损失实验

8、表明：波在两种媒质分界面上反射时，可能会存在半波损失——反射波在反射点相对于入射波的相位有一个的跃变。相当于波形损失了有半波损失的反射波与入射波相比，各点相位都多了。§2-7波的叠加驻波薄膜干涉肥皂泡、水表面的油膜呈现彩色图案，光学仪器、眼镜的镀膜镜片，都是白光在产生薄膜干涉的结果。分振幅法分束板（半反半透镜）§3-2相干光和非相干光例：在双缝干涉实验中屏幕上点P处是明条纹，若将缝S2盖住，并在S1S2的垂直平分面处放一面反射镜M，如