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1、-光的干涉5/20/20231第1页，本讲稿共39页本章主要讲解四个方面问题：本章主要讲解四个方面问题：1 1）相干光。）相干光。2 2）杨氏双缝实验。）杨氏双缝实验。3 3 3 3）半波损失、光程。）半波损失、光程。）半波损失、光程。）半波损失、光程。4 4）薄膜干涉。）薄膜干涉。第2页，本讲稿共39页根根据据波波的的叠叠加加原原理理，两两列列波波只只要要：频频率率相相同同，振振动动方方向向相相同同，相相位位相相同同或或相相位位差差恒恒定定，在在两两列列波波交交迭迭的的空空间间区区域域就就会会产产生生稳稳定定的的振振动动强强弱弱的的分分布布，形形成成干涉现象（波的干涉）干涉现象（波的干涉）干
2、涉现象（波的干涉）干涉现象（波的干涉）。对于光波而言，上述三个相干条件中，对于光波而言，上述三个相干条件中，频率相同频率相同频率相同频率相同-单色性单色性单色性单色性-可通过可通过滤色片实现滤色片实现滤色片实现滤色片实现；振动方向相同振动方向相同振动方向相同振动方向相同-可通过可通过偏振片实现；偏振片实现；偏振片实现；偏振片实现；相相相相位位位位相相相相同同同同或或或或相相相相位位位位差差差差恒恒恒恒定定定定-不不那那么么容容易易实实现现，这这是是和和光光源源的的发光机理密切相关的。发光机理密切相关的。第3页，本讲稿共39页普通光源：普通光源：自发辐射自发辐射独立独立（同一原子先后发的光）同一
3、原子先后发的光）（不同原子发的光）（不同原子发的光）独立独立第4页，本讲稿共39页分振幅法分振幅法分波阵面法分波阵面法分波阵面法分波阵面法第5页，本讲稿共39页本章主要讲解四个方面问题：本章主要讲解四个方面问题：1 1）相干光。）相干光。2 2）杨氏双缝实验。）杨氏双缝实验。3 3）半波损失、光程。）半波损失、光程。4 4 4 4）薄膜干涉。）薄膜干涉。）薄膜干涉。）薄膜干涉。第6页，本讲稿共39页18011801年，英国医生兼物理学家年，英国医生兼物理学家托马斯托马斯.杨杨（T.YoungT.Young，1773-18291773-1829）成功地成功地用分波阵面法获得相干光，并观察到光的用
4、分波阵面法获得相干光，并观察到光的干涉现象。干涉现象。第7页，本讲稿共39页两波到达P点时波程差为=r2-r1 dsin 第8页，本讲稿共39页白光入射的杨氏双缝干涉照片白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片第9页，本讲稿共39页【例题】【例题】汞弧灯发出的光通过一绿色滤光片照射汞弧灯发出的光通过一绿色滤光片照射两相距两相距 0.60 mm 0.60 mm 的狭缝，进而在的狭缝，进而在 2.5 m 2.5 m 远处的屏远处的屏幕上出现干涉条纹。测量相邻两明纹中心的距离幕上出现干涉条纹。测量相邻两明纹中心的距离为为 2.27 mm 2.27 mm，试计算入
5、射光的波长。，试计算入射光的波长。第10页，本讲稿共39页第11页，本讲稿共39页本章主要讲解四个方面问题：本章主要讲解四个方面问题：1 1）相干光。）相干光。2 2）杨氏双缝实验。）杨氏双缝实验。3 3）半波损失、光程。）半波损失、光程。4 4）薄膜干涉。）薄膜干涉。第12页，本讲稿共39页第13页，本讲稿共39页定义：定义：在介质中的在介质中的光程光程=nr=n几何路程几何路程，在介质，在介质 n 中传播距离中传播距离 r 引起的相位差等效于在真空中传播引起的相位差等效于在真空中传播 nr 距离引起的相位差。距离引起的相位差。光程光程-光在介质中传播的距离折算成真空中的长度。光在介质中传播
6、的距离折算成真空中的长度。第14页，本讲稿共39页定义：定义：在介质中在介质中光程光程=nr=n几何路程几何路程第15页，本讲稿共39页【例题】【例题】用很薄的玻璃片盖在双缝干涉装置的一条缝上，这用很薄的玻璃片盖在双缝干涉装置的一条缝上，这时屏上时屏上 0 级条纹移到原来第级条纹移到原来第 七七 级明纹的位置上。如果入射光的级明纹的位置上。如果入射光的波长波长 =5000，玻璃片的折射率，玻璃片的折射率 n=1.58，试求此玻璃片的，试求此玻璃片的厚度。厚度。第16页，本讲稿共39页第17页，本讲稿共39页本章主要讲解四个方面问题：本章主要讲解四个方面问题：1 1 1 1）相干光。）相干光。）
7、相干光。）相干光。2 2）杨氏双缝实验。）杨氏双缝实验。3 3）半波损失、光程。）半波损失、光程。4 4）薄膜干涉。）薄膜干涉。第18页，本讲稿共39页薄膜干涉薄膜干涉：入射光在薄膜表面上由于折射和反射而分成两束光，：入射光在薄膜表面上由于折射和反射而分成两束光，最后由薄膜上、下表面最后由薄膜上、下表面两反射光两反射光在薄膜上表面附近相干而形成的在薄膜上表面附近相干而形成的结果。结果。第19页，本讲稿共39页第20页，本讲稿共39页（1 1）增透膜（低膜）增透膜（低膜）一、增透膜和高反膜一、增透膜和高反膜我们知道：入射光在透镜及光学元件的表面要发生反射，会损我们知道：入射光在透镜及光学元件的表
8、面要发生反射，会损失部分能量。正入射时，反射光强度约占入射光强度的失部分能量。正入射时，反射光强度约占入射光强度的4%4%。如：。如：一双筒望远镜，有一双筒望远镜，有6 6个透镜，十二个表面，能量损失约个透镜，十二个表面，能量损失约40%40%；潜；潜水艇中的潜望镜，有水艇中的潜望镜，有2020多个透镜，四十多个表面，能量损失可多个透镜，四十多个表面，能量损失可高达高达90%90%。（如（如照相机照相机镜头）镜头）第21页，本讲稿共39页空气空气玻璃玻璃反射减弱时，透射加强，故有反射减弱时，透射加强，故有第22页，本讲稿共39页上面的计算只考虑了反射光的相位差对干涉的影响。实上面的计算只考虑了
9、反射光的相位差对干涉的影响。实际上能否完全相消，还要看两反射光的振幅。如果再考际上能否完全相消，还要看两反射光的振幅。如果再考虑到振幅，可以证明，当反射光完全消除时，介质的折虑到振幅，可以证明，当反射光完全消除时，介质的折射率应满足：射率应满足：以以n1=1，n3=1.5计，计，n2=1.22，目前还未找到折射率这，目前还未找到折射率这样低的镀膜材料。常用的最好的近似材料是样低的镀膜材料。常用的最好的近似材料是 n2=1.38的的氟化镁氟化镁 。第23页，本讲稿共39页（2 2）高反膜（高膜）高反膜（高膜）空气空气玻璃玻璃第24页，本讲稿共39页空气空气人造水晶人造水晶【例题】【例题】在制作珠
10、宝时，为了使人造水晶在制作珠宝时，为了使人造水晶 具有强反具有强反射本领，就在其表面上镀一层二氧化硅射本领，就在其表面上镀一层二氧化硅 膜。要使波膜。要使波长长 的光从空气垂直入射的光从空气垂直入射 膜时产生强烈反射，膜时产生强烈反射，这层镀膜的最小厚度这层镀膜的最小厚度e=e=。第25页，本讲稿共39页第26页，本讲稿共39页【例例题题】照照相相机机镜镜头头增增透透膜膜材材料料是是MgF2（n=1.38），镜镜头头玻玻璃璃折折射射率率n=1.50，为为增增强强对对550nm的的黄黄绿绿光光的的透透射射能能力力，MgF2最小厚度是多少？最小厚度是多少？解解取取k=0得得bn1=1n2=1.38
11、n3=1.50ae第27页，本讲稿共39页【例题】【例题】白光垂直照射在镀有白光垂直照射在镀有 e=0.40 m 厚的介质膜的玻厚的介质膜的玻璃板上，玻璃的折射率璃板上，玻璃的折射率 n=1.45，介质的折射率，介质的折射率 n=1.50。则在可见光（则在可见光（390nm-760nm）范围内，波长）范围内，波长 =_ nm的光在反射中增强。的光在反射中增强。空气空气玻璃玻璃第28页，本讲稿共39页二、测量细丝直径、测量小角度二、测量细丝直径、测量小角度第29页，本讲稿共39页第30页，本讲稿共39页【例题】【例题】把金属细丝夹在两块平玻璃之间，形成空气劈尖，把金属细丝夹在两块平玻璃之间，形成
12、空气劈尖，如图所示，金属丝和棱边间距离为如图所示，金属丝和棱边间距离为D=28.880 mm。用波长。用波长=589.3 nm 的钠黄光垂直照射，测得的钠黄光垂直照射，测得30条明条纹之间的总条明条纹之间的总距离为距离为4.295 mm，求金属丝的直径，求金属丝的直径d。第31页，本讲稿共39页第32页，本讲稿共39页【例题】【例题】制造半导体元件时，常常要制造半导体元件时，常常要精确测定硅片上二氧化硅薄膜的厚度，精确测定硅片上二氧化硅薄膜的厚度，这时可把二氧化硅薄膜的一部分腐蚀这时可把二氧化硅薄膜的一部分腐蚀掉，使其形成劈尖，利用等厚条纹测掉，使其形成劈尖，利用等厚条纹测出其厚度。已知出其厚
13、度。已知 Si 的折射率为的折射率为 3.42，SiO2 的折射率为的折射率为 1.5，入射光波长为，入射光波长为 589.3 nm，观察到，观察到 7 条暗纹，如图所条暗纹，如图所示，问示，问SiO2 薄膜的厚度薄膜的厚度 d 是多少？是多少？第33页，本讲稿共39页反射光产生干涉反射光产生干涉的条件为的条件为第34页，本讲稿共39页【例题】【例题】有白光光源进行双缝实验，若用一个纯红色的滤色片有白光光源进行双缝实验，若用一个纯红色的滤色片遮盖一条缝，用一个纯蓝色的滤色片盖另一条缝，则：遮盖一条缝，用一个纯蓝色的滤色片盖另一条缝，则：（A A）干涉条纹的宽度发生改变；）干涉条纹的宽度发生改变
14、；（B B）产生红光和蓝光两套彩色干涉条纹；）产生红光和蓝光两套彩色干涉条纹；（C C）干涉条纹的亮度将发生改变；）干涉条纹的亮度将发生改变；（D D）不产生干涉条纹。）不产生干涉条纹。（D）第35页，本讲稿共39页【例例题题】用用波波长长为为 的的平平行行单单色色光光垂垂直直照照射射图图中中所所示示的的装装置置，观观察察空空气气薄薄膜膜上上下下表表面面反反射射形形成成的的等等厚厚干干涉涉条条纹纹。试试在在下下方方的的方方框框内内画画出出相相应应的的干干涉涉条条纹纹，只只画画暗暗条条纹纹，表表示示出出它它们的形状、条数和疏密。们的形状、条数和疏密。平玻璃柱面平凹透镜空气圆柱面第36页，本讲稿共39页平玻璃柱面平凹透镜空气圆柱面解：解：在下表面上有半波损失，反射光的光程差为在下表面上有半波损失，反射光的光程差为对于暗纹对于暗纹，e需满足需满足平玻璃平玻璃柱面平凹透镜柱面平凹透镜所所以以k取取0、1、2、3、4，k=0是是边边缘缘暗暗纹纹，共共有有10条条暗暗纹纹，由于是柱面，所以中间疏边缘密。由于是柱面，所以中间疏边缘密。第37页，本讲稿共39页课后作业课后作业：20-1 20-3 20-7 20-11 20-15 20-16第38页，本讲稿共39页THE END第39页，本讲稿共39页