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1、 1 1 光源的发光特性光源的发光特性光源的发光特性光源的发光特性 2 2 双缝干涉双缝干涉双缝干涉双缝干涉 3 3 光程和光程差光程和光程差光程和光程差光程和光程差 4 4 劈尖的劈尖的劈尖的劈尖的干涉干涉干涉干涉 牛顿环牛顿环牛顿环牛顿环 5 5 薄膜薄膜薄膜薄膜的的的的干涉干涉干涉干涉 6 6 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪（Interference of light）01 光源的发光特性光源的发光特性一一.光源光源（lightsource）(发射光波的物体）发射光波的物体）=(E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射波列波列波列长波列长L=c光致发光光
2、致发光：利用光激发发光（荧光，磷光）：利用光激发发光（荧光，磷光）；化学发光：化学发光：利用化学反应发光；利用化学反应发光；激激光光光光源源：受受激激辐辐射射原原子子发发射射的的光光波波是是一一段段频频率率一一定定，振振动动方方向向一一定定，有有限限长长的的光光波波，称称为为波波列。列。热光源：热光源：利用热能发光利用热能发光(白炽灯白炽灯)；电致发光：电致发光：利用电能发光（二极管）；利用电能发光（二极管）；上页上页下页下页退出退出返回返回11.普普通通光光源源：处处于于激激发发态态的的原原子子（或或分分子子）的自发辐射的自发辐射独立独立(不同原子发的光不同原子发的光)独立独立(同一原子先后
3、发的光同一原子先后发的光)2.激光光源：激光光源：受激辐射受激辐射 =(E2-E1)/hE1E2 完完全全一一样样(频频率率,位位相相,振振动动方方向向,传播方向传播方向)独立指：独立指：前后发光间隔前后发光间隔频率（对非单色光源）频率（对非单色光源）相位关系相位关系振动方向振动方向传播方向传播方向上页上页下页下页退出退出返回返回2当当复复色色光光通通过过三三棱棱镜镜时时，由由于于不不同同频频率率的的光光在在玻玻璃璃中中的的传传播播速速度度各各不不相相同同，折折射射率率也也不不同同，因因此此复复色色光光中中不不同同频频率率的的光光将将按按不不同同的的折折射射角角分开，形成分开，形成光谱光谱。这
4、种现象称为。这种现象称为色散色散。单色光的获得：单色光的获得：复色光狭缝分析复色光狭缝分析复色光滤光复色光滤光钠光光源钠光光源二二.光的光的单色单色性性 具有单一频率的光波称为具有单一频率的光波称为单色光单色光。由各种不同频率复合的光称为由各种不同频率复合的光称为复色光复色光。上页上页下页下页退出退出返回返回3三三.光的相干性光的相干性 1.两列光波的叠加两列光波的叠加p12r1r2(1)频率相同频率相同(2)有恒定的相位差有恒定的相位差(3)振动方向相同振动方向相同相干条件相干条件(1)加强条件加强条件p点两振动点两振动同相时加强同相时加强-相长干涉相长干涉 =2m(m=0，1，2，)(2)
5、减弱条件减弱条件p点两振动点两振动反相时减弱反相时减弱-相消干涉相消干涉 =(2m+1)(m=0，1，2，)上页上页下页下页退出退出返回返回42.普通光源获得相干光的途径普通光源获得相干光的途径pS*分分波波阵阵面面法法：同同一一光光源源发发出出的的光光分成两部分分成两部分分分振振幅幅法法：光光射射到到两两种种介介质质的的分分界界面面上上时时，一一部分反射，一部分透射部分反射，一部分透射p薄膜薄膜S S*上页上页下页下页退出退出返回返回杨氏双缝实验杨氏双缝实验菲涅耳双镜实验菲涅耳双镜实验洛埃镜实验洛埃镜实验薄膜薄膜的的干涉干涉劈尖的劈尖的干涉干涉牛顿环牛顿环52 双缝干涉双缝干涉 一一.杨氏双
6、缝干涉杨氏双缝干涉pr1 r2xx0 xI xxDdo上页上页下页下页退出退出返回返回紫紫黄黄红红白白d，D d (d 10-4m,D m)6上页上页下页下页退出退出返回返回Pr1 r2xxDdo波程差：波程差：1.波程差波程差7相位差：相位差：2.明纹明纹3.暗纹暗纹 波程差：波程差：4.条纹间距条纹间距上页上页下页下页退出退出返回返回8(1)一系列平行的明暗相间的条纹；一系列平行的明暗相间的条纹；(3)中间级次低；中间级次低；(4)5.条纹特点条纹特点：(2)x不太大时条纹等间距；不太大时条纹等间距；上页上页下页下页退出退出返回返回9例例1：在杨氏双缝干涉实验中，设两缝间距离在杨氏双缝干涉
7、实验中，设两缝间距离d=0.02cm,屏与缝之间距离屏与缝之间距离D=100cm，试求：试求：（1）以波长为）以波长为589010-10 m的单色光照射，第的单色光照射，第10级明条级明条纹离开中央明条纹的距离；纹离开中央明条纹的距离；（2）第）第10级干涉明条纹的宽度；级干涉明条纹的宽度；（3）以白色光照射时，屏幕上出现彩色干涉条纹，求）以白色光照射时，屏幕上出现彩色干涉条纹，求第第2级光谱的宽度。级光谱的宽度。上页上页下页下页退出退出返回返回Pr1 r2xxDdo10解：如图，两相干光的光程差：解：如图，两相干光的光程差：则任一级明条纹离开中央明纹的距离则任一级明条纹离开中央明纹的距离（1
8、）明条纹的光程差满足：）明条纹的光程差满足：取取k=10，Pr1 r2xxDdo上页上页下页下页退出退出返回返回11（2）第第10级级明明条条纹纹的的宽宽度度，则则为为第第9级级和和第第10级级暗暗条条纹纹之间的距离，由暗条纹公式可知：之间的距离，由暗条纹公式可知：任一级暗条纹离开中央明条纹的距离：任一级暗条纹离开中央明条纹的距离：上页上页下页下页退出退出返回返回12（3）因为白色光是由许多波长不同的单色光组成的复）因为白色光是由许多波长不同的单色光组成的复色光，各单色光干涉条纹离开中央明条纹的距离各不相色光，各单色光干涉条纹离开中央明条纹的距离各不相同，同，x与波长成正比，则与波长成正比，则
9、所以在同一级干涉光谱中，紫色光比红色光靠近中央所以在同一级干涉光谱中，紫色光比红色光靠近中央明条纹，离开中央明条纹的排列次序为紫、蓝、青、明条纹，离开中央明条纹的排列次序为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红。第绿、黄、橙、红。第2级谱线宽度取级谱线宽度取k=2，有：有：，上页上页下页下页退出退出返回返回第第2级谱线宽度级谱线宽度137.洛埃洛埃德德镜实验镜实验6.菲涅耳双镜实验菲涅耳双镜实验上页上页下页下页退出退出返回返回143 光程和光程差光程和光程差一一.光程、光程差光程、光程差dababndn n媒质媒质 n n媒质中波长媒质中波长光程光程:L=nd 真空中波长真空中波长上页上页下页下页退出退出
10、返回返回媒质中媒质中真空中真空中15光程差光程差：相位差和光程差的关系：相位差和光程差的关系：上页上页下页下页退出退出返回返回16Pr1 r2xxDdo上页上页下页下页退出退出返回返回例例3：例：例1中，中，(1)若把此双缝实若把此双缝实验装置验装置放到水中放到水中进行，则屏幕上进行，则屏幕上干涉条纹如何变化？干涉条纹如何变化？解：在水中时光程差为：解：在水中时光程差为：所以明条纹位置和宽度分别为：所以明条纹位置和宽度分别为：，所以，所以x，变小，干涉条纹将变密。变小，干涉条纹将变密。17解解:设设空空气气折折射射率率为为n1,由由r1，r2发发出的光到达出的光到达P点时光程差为：点时光程差为
11、：光程差的改变量：光程差的改变量：每移动一个条纹，光程差改变一个波长，有：每移动一个条纹，光程差改变一个波长，有：Pr1 r2xxDdo未放云母片：未放云母片：放入云母片：放入云母片：上页上页下页下页退出退出返回返回(2)在在r1光光路路中中放放上上厚厚为为l=0.2cm，折折射射率率为为n的的很很薄薄的的透透明明云云母母片片，观观察察到到屏屏幕幕上上条条纹纹移移过过20条条，则则云云母母片片折射率为多少？折射率为多少？(空气折射率空气折射率)18二二.使用透镜不会产生附加光程差使用透镜不会产生附加光程差S acbS 物点到象点各光线之间的光程差为零物点到象点各光线之间的光程差为零上页上页下页
12、下页退出退出返回返回19 光光从从光光疏疏媒媒质质射射到到光光密密媒媒质质界界面面反反射射时时，反反射射光光有有量量值值为为 的的相相位位突突变变，即即在在反反射射过过程程中中损失了损失了半个波长半个波长。这种现象称。这种现象称半波损失半波损失。理理论论和和实实验验表表明明：如如果果两两束束光光都都是是从从光光疏疏到到光光密密界界面面反反射射（即即n1n2n2n3的的情情况况），则则两两束束反反射射光光之之间间无无附附加加的的相相位位差差。如如果果一一束束光光从从光光疏疏到到光光密密界界面面反反射射，而而另另一一束束光光从从光光密密到到光光疏疏界界面面反反射射（即即n1n3或或n1n2 n i
13、 rA21一、光束一、光束1、2的光程差：的光程差：BSDC上页上页下页下页退出退出返回返回得得21二、明纹二、明纹三、暗纹三、暗纹上页上页下页下页退出退出返回返回倾角倾角i 相同的光线对应同一条干涉条纹相同的光线对应同一条干涉条纹 等倾条纹。等倾条纹。22L fPor环环 en n n n iSiii上页上页下页下页退出退出返回返回 四、等倾条纹四、等倾条纹1 形状形状:一系列同心圆环一系列同心圆环3 条纹级次分布条纹级次分布:e e一定一定，5 波长对条纹的影响波长对条纹的影响:4 膜厚变化时膜厚变化时,条纹的移动：条纹的移动：2 条纹间隔分布条纹间隔分布:内疏外密内疏外密23例例4：用用
14、入入射射光光=500nm的的光光照照射射在在厚厚度度均均匀匀的的透透明明塑塑料料薄薄膜膜上上，若若在在反反射射角角为为60的的位位置置上上看看到到明明条条纹纹，此此明条纹为第明条纹为第10级明纹。已知薄膜的折射率级明纹。已知薄膜的折射率n=1.33。（1）试试问问这这是是等等厚厚干干涉涉还还是是等等倾倾干干涉涉，有有哪哪两两条条光光线线产生干涉？产生干涉？（2）求此薄膜的厚度）求此薄膜的厚度e。（3）此厚度能看到的最高级次？此厚度能看到的最高级次？解解：（1）因因为为厚厚度度均均匀匀，而而对对应应不不同同入入射射角角i，得得到到不不同同干干涉涉条条纹纹，同同一一倾倾角角有有同同一一条条干干涉涉
15、条条纹纹，所所以以是是等等倾倾干干涉涉。当当光光线线照照射射到到薄薄膜膜上上时时，在在膜膜的的上上表表面面有有反反射射光光线线，在在膜膜的的下下表表面面有有反反射射光光线线，此此两两条条光光线线为为相相干干光光而而产产生生干干涉涉，形形成成等等倾倾干干涉涉条条纹纹，即即为为明明暗暗相间的同心圆相间的同心圆。上页上页下页下页退出退出返回返回24因因为为其其中中光光线线在在反反射射时时有有半半波波损损失失，而而光光线线无无半半波波损损失失，所所以以有有附附加加光光程程差差；n2为为膜膜的的折折射射率率，n1为为空气的折射率（取为空气的折射率（取为1）。）。（2）此两束光线的光程差：）此两束光线的光
16、程差：对明条纹：对明条纹：当当i=60时，看到第时，看到第10级明条纹取级明条纹取k=10，上页上页下页下页退出退出返回返回25（3）看到明条纹的最高级次）看到明条纹的最高级次由由上上式式可可知知在在等等倾倾干干涉涉中中i减减少少k增增大大，当当i=0时时，k为最大值为最大值。即能看到最高级次为第即能看到最高级次为第13级明纹。级明纹。上页上页下页下页退出退出返回返回265薄膜薄膜的的干涉干涉(等厚条纹）等厚条纹）一一.劈尖（劈形膜）劈尖（劈形膜）夹角很小的两个平面所构成的薄膜夹角很小的两个平面所构成的薄膜 e n n nA反射光反射光2反射光反射光1单色平行光单色平行光(设设nn)S12上页
17、上页下页下页退出退出返回返回27 e n n nA反射光反射光2反射光反射光1入入射射光光(单单色色平平行光垂直入射行光垂直入射)(设设nn)A:1、2的光程差的光程差光程差可光程差可简化为简化为图示情况计算。图示情况计算。实际应用中实际应用中,大都是平行光大都是平行光垂直入射垂直入射到劈尖上。到劈尖上。考考虑虑到到劈劈尖尖夹夹角角极极小小,反反射射光光1、2在在膜膜面面的的上页上页下页下页退出退出返回返回28 L eekek+1明纹明纹暗纹暗纹条纹间距条纹间距又又 上页上页下页下页退出退出返回返回明纹：明纹：暗纹：暗纹：同一厚度同一厚度e e对应同一级条纹对应同一级条纹 等厚条纹等厚条纹光程
18、差光程差29 L eekek+1明纹明纹暗纹暗纹两式相减两式相减代入数值代入数值 上页上页下页下页退出退出返回返回例例5：已知：已知求：求：解：解：30二二.牛顿环牛顿环 .S分束镜分束镜M显微镜显微镜o erR平晶平晶平凸透镜平凸透镜 暗环暗环o牛顿环牛顿环装置简图装置简图平凸透镜平凸透镜平晶平晶光程差：光程差：(1)(k=1,2,)(2)明明环：环：(k=0,1,2,)暗环：暗环：上页上页下页下页退出退出返回返回31第第k k个个明明环半径环半径 第第k k个个暗环半径暗环半径(k=1,2,)(k=0,1,2,)明明环：环：暗环：暗环：上页上页下页下页退出退出返回返回 erR平晶平晶平凸透
19、镜平凸透镜 暗环暗环ok=0时，时，r=0,所以中央是暗斑所以中央是暗斑牛顿环牛顿环干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环。干涉条纹是一系列明暗相间的同心圆环。3233牛顿环干涉是一系列明暗相间的、内疏外密的牛顿环干涉是一系列明暗相间的、内疏外密的同心圆环同心圆环。34三三.等厚条纹的应用等厚条纹的应用1.劈尖的应用劈尖的应用 测波长：测波长：已知已知、n，测测L L可得可得 测折射率：测折射率：已知已知、，测测L L可得可得n 测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化h h待待测测块块规规标标准准块块规规平晶平晶 测表面不平度测表面不平度等厚条纹等厚条纹待测工件待测工件平晶平晶上页上
20、页下页下页退出退出返回返回352.牛顿环的应用牛顿环的应用测透镜球面的半径测透镜球面的半径R R：已知已知 ,测测 m、rk+m、rk，可可得得R 。测波长测波长：已知已知R，测出测出m、rk+m、rk，可可得得。检验透镜球表面质量检验透镜球表面质量标准验规标准验规待测透镜待测透镜暗纹暗纹 上页上页下页下页退出退出返回返回 暗环半径暗环半径(明明环亦有此式）环亦有此式）366 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪一一.仪器结构、光路仪器结构、光路二二.工作原理工作原理光束光束2和和1发生干涉发生干涉 若若M 1 、M M2 2平行平行 等倾条纹等倾条纹 若若M 1 、M M2 2有小夹角有小夹角 等厚条纹等厚条纹十字叉丝十字叉丝等厚条纹等厚条纹若若M M1 1平平移移 d 时时，干干涉涉条条移移过过N N条条，则有则有：三三.应用：应用：微小位移测量微小位移测量测折射率测折射率M 122 11 S半透半反膜半透半反膜M2M1G1G2E上页上页下页下页退出退出返回返回测波长测波长37 各种干各种干涉条纹及涉条纹及M M 1 1，M M2 2相应位置相应位置如右图所如右图所示：示：38