波动光学（干涉）大学物理基础课件

波动光学（干涉）大学物理基础课件内容摘要：

波动光学（干涉）大学物理基础课件 第十章波动光学顿 光是由“光微粒”组成的 光的直线传播 + 机械观惠更斯托马斯 . 杨菲涅耳光是一种介质中传播的波波动特征：干涉、衍射传播光的介质是什么。 麦克斯韦的电磁理论 光是一种电磁波迈克尔逊的实验 电磁波的传播不需要介质光电效应康普顿散射光具有粒子性这种粒子称做“光量子”德布罗意 所有物质都具有波粒二象性光的两种互补性质 传播过程中显示波动性与其他物质相互作用时显示粒子性第一部分 光的干涉（ 的相干性杨氏双缝干涉薄膜干涉迈克尔逊干涉仪主 要 内 容§ 10光的相干性一、光源 (见光 (引起人的视觉的电磁波 ,真空中的波长400 750 13.6 e .4 e .5 e 0-8 频率和振动方向可能不同，每次何时发光不确定。 来自两个光源或同一光源的两部分的光，不满足相干条件，叠加时不产生光的强弱在空间稳定分布的干涉现象。 单色光 ： 具有单一频率（波长）的光。 实际的单色光都有一定的谱线宽度。 干光的获得方法用单色性好的点光源，把光线分成两部分，然后再叠加。 （取自同一原子的同一次发光）分波阵面 分振幅T. 10缝干涉(801年，英国人托马斯 · 杨成功地做了一个具有判别意义的、关于光的性质的关键性实验。 在观察屏上有明暗相间的等间距条纹，这只能用光是一种波来解释。 杨还由此实验测出了光的波长。 一、双缝干涉的干涉条纹 同相波源实验中，一般 D 约 1 m ，而 d 约 10-4 程差 为 s s in 两列光波在 x 点引起的光振动同相干涉相长， x 处为明纹两列光波在 x 点引起的光振动反相当 时 ) 21( x 处为暗纹k = 0 ， 0 级明纹k = 1 ， 1 级明纹k = 2 ， 2 级明纹k = 1 ， 1 级明纹k = 2 ， 2 级明纹明纹中心的位置k = 0 , 1 , 2 , 暗纹中心的位置 21( k = 1 , 2 , 3 , 相邻两明纹或暗纹间的距离、或明条纹暗条纹的间距为： 二、观察屏上的光强分布 c o 122212 c o 121 涅耳双棱镜、劳埃德镜现接触处出现的是 暗条纹。 这一实验事实说明，从镜面反射的光，发生了 的相位突变。 半波损失 ：光从光疏介质到光密介质表面反射时，反射光有半个波长的附加波程差。 例 杨氏实验中，双缝与屏的距离为 D= 1m, 用钠光作光源(=问 (1)缝间距为 d=2d=10条纹间距各为多大。 (2)若肉眼能分辨的两条纹间距为 双缝的最大间距可为多少。 解(1)当 d=2931 5 . 8 9 . 6 1 0 / 0 . 2 9 52 /x D d由公式当 d=10931 5 . 8 9 . 6 1 0 / 1 0 0 . 0 5 m x (2) 如果 x =则931 5 8 9 . 6 1 00 . 1 54 m 可见，双缝间距必须小于 4云母片（ n = 覆盖在杨氏双缝的一条缝上，这时屏上的零级明纹移到原来的第 7 级明纹处。 若光波波长为 550 求云母片的厚度。 712 点为 0 级明纹 012 入云母片前，P 点为 7 级明纹716 .6 思考： 对非单色光的双缝干涉，条纹应该是怎样的情形。 § 10程 薄膜干涉光在不同介质中传播时，频率不变而波长改变。 光在介质中传播时，路程 r 上相位变化为n 22 光程把光在介质中通过的路程按相位变化相同折合到真空中的路程。 好处是统一用真空中的波长来计算。 nd 2相位差 光程差)(212 薄膜干涉 (in 等倾条纹 (条相干光线到达透镜焦平面上 i 2122 平面上同一干涉条纹上各亮点（暗点）对应相同的入射角。 等倾干涉环 k明纹 ) 21( 倾条纹的形成 厚度的影响例题 空气中厚度为 m 的 肥皂膜（ n = 若白光垂直入射，问肥皂膜呈现什么颜色。 22解n 7 0 01 7 2 1 3 nm 题 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。 当光波波长连续变化时，观察到500 700 波长的光反射消失。 油膜的折射率为 玻璃的折射率为 求油膜的厚度。 11 ) 21(2 21)1(2 em 此例无半波损失n§ 10尖 牛顿环（等厚干涉）1. 劈尖干涉 很小，入射光垂直入射 一干涉条纹对应的厚度相同，故称等厚条纹 .e22明纹)21(22 在棱边处形成暗条纹 .k 22)1(22 1 例题 夹角为 810 玻璃劈尖放在空气中。 用波长 589 单色光垂直入射时，测得干涉条纹的间距为 2.4 求玻璃的折射率。 2. 牛顿环22明纹)21(22 2)( 2222环半径暗环半径21( k = 0, 1, 2, k = 1, 2, 3, 在中心形成一暗斑，越向外环越密，等厚条纹的级次越高。 例题 用钠灯（ = 589.3 察牛顿环，看到第 k 级暗环的半径为 4 第 k+5 条暗环半径为 6 求所用平凸透镜的曲率半径 R .解k k )5(5 m§ 10克尔逊干涉仪(克尔逊干涉仪是一种分振幅双光束干涉仪 分振幅双光束当两镜面相互严格垂直时等效于平行平面间空气膜的等倾干涉当两镜面不严格垂直时等效于空气劈尖的等厚干涉等倾条纹等厚条纹迈克尔逊 莫雷实验（ 1881年）的否定结果是相对论的实验基础之一 折射率 1 移动距离 厚干涉）条纹冒出或缩进（移过） N 个22例题 当把折射率 n = 薄膜放入迈克尔逊干涉仪的一臂时，如果产生了 条纹的移动，求薄膜的厚度。 （已知钠光的波长 = 589.3 )1(2)1(2 m解。