大学物理学第三版(张三慧)课件第22章光的干涉详解
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大学物理第22章 光的干涉
570
绿 577~492 5.4 1014 ~ 6.11014
540
青 492~470 6.11014 ~ 6.4 1014
480
兰 470~455 6.4 1014 ~ 6.6 1014
460
紫 455~400 6.6 1014 ~ 7.5 1014
430
12
§22.1 杨氏双缝干涉
13
1. 原理图
4
..
非相干(不同原子发的光)
非相干(同一原子先后发的光)
普通光源的发光特点: (1) 一个原子每一次发光只能发出一个波列， (2) 原子的发光是断续的， (3) 各原子的各次发光是完全相互独立的。
两个普通光源或同一普通光源的不同部分所发出的光是
不相干的。 分振幅法（薄膜干涉…）
3. 相干光的获得方法:
第22章 光的干涉
§22.1 杨氏双缝干涉 §22.2 相干光 §22.5 光程 §22.6 薄膜干涉(一) —— 等厚干涉 §22.7 薄膜干涉(二) —— 等倾干涉
§22.8 迈克尔逊干涉仪 本章要点：理解掌握光的干涉条件、干涉实例
的分析及方法
1
§22.2 相干光
1.振动方向相同，频率相同的两列波的叠加
（2）cos -1,即=（2k+1） (k 0, 1, 2L )
I0 I1 I2 -2 I1I2 干涉减弱（干涉相消，暗纹）
（3）cos 1, 干涉条纹介于明暗之间。
学会用光程差分析问题： 2
k k 0,1,L 相长干涉
（2k +1）2
k 0,1,L or （2k-1）2
2 '
r
以 表示光在真空中的波长，n（ n =c/v）表示介质
大学物理第22章光的干涉汇总PPT92页
大学物理第22章光的干涉汇总
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
பைடு நூலகம்
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
92
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
பைடு நூலகம்
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
92
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
大学物理光学--光的干涉 ppt课件
光波是电磁波, 包含 E和 H , 对人眼或感光物质 起作用的是 E, 称 E矢量为光矢量。 相对光强 I E 2 E是电场强度振幅
2、光源 光 是原子或分子的运动
状态变化时辐射出来 的 大量处于激发态的原子自发地 - 1.5 e V - 3.4 e V
跃迁到低激发态或基态时就辐 射电磁波（光波）。
即：光具有波粒二象性
ppt课件 3
§10.1 光的相干性
1、光的电磁理论要点
光速
光波是电磁波, 电磁波在真空中的传播速度
c
1
0 0
, 介质中 v
c
r r
而
c n r r v
1 nm =10-9 m
4
可见光的波长范围 400 nm — 760 nm
ppt课件
光强 I ——电磁波的能流密度
波 动 光 学
第10章
光的干涉
ppt课件 1
光是人类以及各种生物生活中不可或缺的要素
光的本性是什么？
两种不同的学说 ① 牛顿的“微粒说” 光是由“光微粒”组成 的。 特征：光的直线传播 、反射、折射等 ② 惠更斯的“波动说” 光是机械振动在一种所谓“以太”的 介质中传播的机械波。
特征：光的干涉、衍射和偏振等
r2
D
P x
o
x r2 r1 d sin d tan d D
k x d 当 D ( 2k 1)
干涉加强, x 处为明纹 k=0,1,2,…
2
干涉相消, x 处为暗纹 k=1,2,3,…
11
式中 k 为条纹级次 ppt课件
明纹中心的位置
nr
2
r
光的干涉ppt
光的干涉ppt
xx年xx月xx日
contents
目录
• 光的干涉现象 • 光的干涉基本原理 • 实验方法和数据分析 • 实验结果和讨论 • 结论和展望
01
光的干涉现象
光的干涉定义
光的干涉是指两个或多个波源产生的光波在空间叠加时，形 成某些特定区域振动加强或减弱的现象。
干涉现象通常表现为明暗相间的条纹或色彩，称为干涉条纹 或干涉色彩。
通过本课程的学习，我们深入了解了光的干涉 基本概念、干涉原理、干涉仪器的使用以及干 涉现象在光学检测中的应用。
光的干涉在光学检测技术中具有重要的应用价 值，如光学表面检测、光学元件装配、光学薄 膜检测等领域。
展望未来
随着科学技术的发展，光的干涉技术的研究和应用 领域将不断扩大。
在未来，我们可能会看到更加先进的光学干涉仪器 和技术，如更高精度的干涉仪、更智能化的数据处
3
分析实验参数对干涉条纹特征的影响，如条纹 间距、亮度等。
02
光的干涉基本原理
双缝干涉
实验装置
双缝干涉实验中需要使用光源、双缝装置 和屏幕，光源发出的光经过双缝后形成两 束相干光，在屏幕上形成干涉条纹。
VS
干涉图样
双缝干涉的条纹呈现为明暗交替的平行条 纹，相邻条纹之间的距离为 $\Delta x = \frac{L}{d}\lambda$，其中 $L$ 为屏幕 到双缝的距离，$d$ 为双缝之间的距离， $\lambda$ 为光的波长。
离、微小角度等。
02
光学表面检测
干涉条纹可以用来检测光学表面的平整度和粗糙度，如检测光学镜片
的表面质量。
03
光学信息处理
干涉条纹可以用来进行光学信息处理，如全息技术、光学图像处理等
xx年xx月xx日
contents
目录
• 光的干涉现象 • 光的干涉基本原理 • 实验方法和数据分析 • 实验结果和讨论 • 结论和展望
01
光的干涉现象
光的干涉定义
光的干涉是指两个或多个波源产生的光波在空间叠加时，形 成某些特定区域振动加强或减弱的现象。
干涉现象通常表现为明暗相间的条纹或色彩，称为干涉条纹 或干涉色彩。
通过本课程的学习，我们深入了解了光的干涉 基本概念、干涉原理、干涉仪器的使用以及干 涉现象在光学检测中的应用。
光的干涉在光学检测技术中具有重要的应用价 值，如光学表面检测、光学元件装配、光学薄 膜检测等领域。
展望未来
随着科学技术的发展，光的干涉技术的研究和应用 领域将不断扩大。
在未来，我们可能会看到更加先进的光学干涉仪器 和技术，如更高精度的干涉仪、更智能化的数据处
3
分析实验参数对干涉条纹特征的影响，如条纹 间距、亮度等。
02
光的干涉基本原理
双缝干涉
实验装置
双缝干涉实验中需要使用光源、双缝装置 和屏幕，光源发出的光经过双缝后形成两 束相干光，在屏幕上形成干涉条纹。
VS
干涉图样
双缝干涉的条纹呈现为明暗交替的平行条 纹，相邻条纹之间的距离为 $\Delta x = \frac{L}{d}\lambda$，其中 $L$ 为屏幕 到双缝的距离，$d$ 为双缝之间的距离， $\lambda$ 为光的波长。
离、微小角度等。
02
光学表面检测
干涉条纹可以用来检测光学表面的平整度和粗糙度，如检测光学镜片
的表面质量。
03
光学信息处理
干涉条纹可以用来进行光学信息处理，如全息技术、光学图像处理等
光的干涉 课件
图 4－4－5
b．被测平面凹陷或凸起的判断方法 由于同一空气层厚度的地方路程差相同，故出现在同一条纹上，若条纹发 生了弯曲，我们只要抓住弯曲处的空气层厚度4－6，条纹向左弯曲，说明弯曲处的空气层厚度与右 侧的相同，即该处有凹陷．
图 4－4－6
4．屏上某处出现亮、暗条纹的条件 频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如明条纹处某点同时参与 的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同，总是同时过最高点、最低点、 平衡位置；暗条纹处振动步调总相反，具体产生亮、暗条纹的条件为： (1)明条纹的条件： 屏上某点 P 到两缝 S1和 S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍． 即|PS1－PS2|＝kλ＝2k·2λ(k＝0．．,1,2,3…)
四、薄膜干涉 1．形成原因 如图 4－4－4 所示，照射到液膜上的光线从前、后两个表面反射回来，形 成两列光波．由于这两列光波是由同一入射光波产生的，因此频率相同、相差 恒定，满足干涉条件．
图 4－4－4
【特别提醒】 因为薄膜干涉中的条纹是从薄膜前、后两个表面反射的光 在光源这一侧发生干涉形成的，所以应在与光源同一侧才能观看到干涉条纹.
L Δx＝__d_λ___
3．薄膜干涉 (1)形成原因：从薄膜的_前__、_后___表面反射出两列相干光波发生干涉． (2)应用：检查光学平面的平整度，增透膜．
一、对双缝干涉实验及现象的理解，实验操作时常在双缝前加一条单缝 1．双缝干涉的示意图(如图 4－4－3)
图 4－4－3
2．单缝屏的作用 获得一个线光源，有唯一的频率和振动情况． 3．双缝屏的作用 平行光照射到单缝 S 上后，又照到双缝 S1、S2 上，这样一束光被分成两束 频率相同和振动情况完全一致的相干光．
三、用白光做双缝干涉实验时，中央出现白色条纹，两侧出现彩色条纹的 形成原因
大学普通物理课件 第22章-光的干涉
( r2 r1 ) ( n 1)t 0 r2 r1 7
§22-6 薄膜干涉(一) 等厚条纹
Film Interference (1) Equal Thickness Fringes
1. 薄膜干涉的光程差
设薄膜上某点的膜厚为e，波长 为 的单色光以一定的倾角入射膜 的上表面，入射角和折射角分别为i
r2 r1 n 1 d
S2
说明： 研究光干涉问题，归结为分析两束光在相遇点的光 2 程差。 相差
如果
k ，
2
对应相位差为
2k
相长(明)
如果 2k 1
， 对应相位差为
2k 1 相消(暗)
透镜成像不带来附加的光程差——透镜的等光程性。 A A F
棱
劈尖角
同一条等厚线上， 就形成同一级次的一条干涉条纹。称 为等厚条纹.
劈尖干涉条纹的特征:(空气中的劈尖) 1. 平行于棱的、明暗相间的直条纹。 属于等厚条纹。
2. 在棱边处, e=0， 两反射光 光程差为 / 2 , 形成o级暗 条纹，越向外级次越高.
3. 相邻明纹或暗纹是等间距的.
棱
劈尖角
相干光的获得
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。
相干 相干
分波面法
分振幅法
分波面法：使得同一波阵面上的两波列相遇。 分振幅法：把同一波列分成几部分，再使得其中两部分相遇。
分波面法实例： 杨氏双缝实验等
查看
S
S1
r1 r2
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。 屏与面镜接触，接触处为暗 条纹。
光的干涉-PPT
光的干涉
薄膜干涉
让一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束 反射光产生的干涉现象叫薄膜干涉．
点 击 画 面 观 看 动 画
光的干涉
薄膜干涉
1、在薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜 的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹（暗条纹）应 出现在膜的厚度相等的地方．由于光波波长极短，所以 微薄膜干涉时，介质膜应足够薄，才能观察到干涉条 纹．2、用手紧压两块玻璃板看到彩色条纹，阳光下的肥 皂泡和水面飘浮油膜出现彩色等都是薄膜干涉．
第1节 光的干涉
光到底是什么？……………
17世纪明确形成 了两大对立学说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
牛顿
19世纪初证明了 波动说的正确性
惠更斯
微粒说
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
波动说
这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”
光的干涉
干涉现象是波动独有的特征，如果光真的 是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．
光的干涉 光的干涉
1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829） 在实验室里成功的观察到了光的干涉．
双缝干涉
激
双
光
缝
束
屏上看到明暗相间的条纹 屏
光的干涉
S1 S2 d
双缝干涉
P2
P1
P
P
P1 P2
S1、S2
相干波源
P1S2－P1S1= d
光程差
P2S2－P2S1＞ d 距离屏幕的中心越远路程差越大
光的干涉
双缝干涉
1、两个独立的光源发出的光不是相干光，双缝干 涉的装置使一束光通过双缝后变为两束相干光，在光屏 上形成稳定的干涉条纹．
光的干涉(教学课件)(完整版)
双缝干涉亮（暗）纹间距的公式
l
d
X x
d
L
P1
S1
d
S2
l
1.相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：
（1）波长λ: 波长越大，相邻的亮纹间距越大
（2）双缝之间的距离d: d越小，相邻的亮纹间距越大
（3）双缝与屏间的距离 l : L越大，相邻的亮纹间距越大
x
P
学习任务二、干涉条纹和光的波长之间的关系
后表面
学习任务三：薄 膜 干 涉
光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。
光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。
白光照射时是彩色条纹
学习任务三：薄 膜 干 涉
薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）
所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，则表示被检测表面微
恰好是10号亮条纹。设直线S1P1的长度为r1,S2P1的长度为r2,则r2-r1等于 (
)
A.9.5λ B.10λ
C.10.5λ
D.20λ
答案:B
解析:由题设可知,P1点处是第10号亮条纹的位置,表明缝S1、S2到P1处的距离差r2-r1
为波长的整数倍,且刚好是10个波长,所以选项B正确。
考点三：薄膜干涉
亮（暗）纹间距的公式推导
如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 。
对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。
在线段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，则S2M＝r2－r1，
因d≪l，三角形S1S2M可看做直角三角形。
)
l
d
X x
d
L
P1
S1
d
S2
l
1.相邻明（暗）纹间的距离大小的影响因素：
（1）波长λ: 波长越大，相邻的亮纹间距越大
（2）双缝之间的距离d: d越小，相邻的亮纹间距越大
（3）双缝与屏间的距离 l : L越大，相邻的亮纹间距越大
x
P
学习任务二、干涉条纹和光的波长之间的关系
后表面
学习任务三：薄 膜 干 涉
光程差为波长的整数倍，形成亮条纹。
光程差为半波长的奇数倍，形成暗条纹。
白光照射时是彩色条纹
学习任务三：薄 膜 干 涉
薄膜干涉的应用（一）——检查表面的平整程度
如果被检表面是平的，产生的干涉条纹就是平行的,如图（b）
所示；如果观察到的干涉条纹如图（c）所示，则表示被检测表面微
恰好是10号亮条纹。设直线S1P1的长度为r1,S2P1的长度为r2,则r2-r1等于 (
)
A.9.5λ B.10λ
C.10.5λ
D.20λ
答案:B
解析:由题设可知,P1点处是第10号亮条纹的位置,表明缝S1、S2到P1处的距离差r2-r1
为波长的整数倍,且刚好是10个波长,所以选项B正确。
考点三：薄膜干涉
亮（暗）纹间距的公式推导
如图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P 。
对屏上与P距离为x的一点 P1，两缝与P1的距离P1 S1＝r1， P1 S2＝r2。
在线段P1 S2上作P1 M＝ P1 S1，则S2M＝r2－r1，
因d≪l，三角形S1S2M可看做直角三角形。
)
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因而 kr k 1 v
k v 390 1.08
r v 750 390
9
由于k只能取整数，故有从紫到红的排列清 晰的可见光谱只有正负一级，如下图所示
10
22.2 相干光
一、相干光源 一般光源的发光机制：被激发到较高能级 的原子跃迁到低能级时，辐射出能量。
⑴不同原子发出的光，一般不是相干光。
薄膜干涉（二）等倾条纹
迈克耳孙干涉仪
3
22.1 杨氏双缝干涉
一、双缝干涉
Thomas Young (1773-1829), 1801年做成实
验，确认了光的波动性。 X
r1
px
d
r2
O
D
几何： D>>d ( D/d~104 )
屏幕
很小 (~10-3 rad)
4
波程差：
r2
r1
d
sin
d
tg
d
x D
此绿光波长=546.1nm，谱线宽度
Δ=0.044nm ， 试 求 能 观 察 到 干 涉
条纹的级次和最大允许的光程差。
解：k / 546.1/ 0.044 1.241104
max
2
546.12 0.044
6.8 103 (m)
6.8(mm)
对普通单色光源，就光的非单色性，实验
中总能观察到很多的干涉条纹。
测星干涉仪：
迈克耳孙巧妙地用四块反射 镜增大了双缝的缝间距。
屏上条纹消失时，M1M2 间的距离就是d0。猎户座
星 nm（橙色），
c1
S c2
b1 S1
a1·P a2
b2
S2
不能干涉
只有同一波列分成的两部分，经过不同的
4.相干时间 光通过相干长度所需时间叫相干时间。
max
c
时间相干性的好坏，就是用一个波列延续
的时间 或波列长度L来衡量的。
18
例22-2 在一双缝干涉实验中，光源用低压 汞灯并使用它发出的绿光作实验，
1 2
1 2
E1 E2
2 1 const.
11
⑵同一原子发出的一束光，分成两束后成 为相干光。
分波面法
p S*
类双缝实验 劳埃德(Lloyd)镜
分振幅法
S*
·p
薄膜
(半波损失！)
菲涅耳(Fresnel)双镜
菲涅耳双棱镜
12
劳埃德镜实验:
x
E’
E
暗
纹
S1
M S2
N’
0
一个点光源和一个平面镜获得两相干光源, 干涉光路与杨氏双缝类似. 此实验可观察光的半波损失 屏与镜 的接触点为暗纹.
6
强度： I I1 I2 2 I1I2 cos(2 1)
特殊情形： I1 I2 I0
记 2 1
则有
I
I
2I0
(1
cos
)
光强曲线
4I0
-4 -2 0
-2 -1 0
-2x/2d
x1
- /d
0 0
2 4
12k
x1 x2 x
/d 2 /d sin
明纹强度 = 4I0 暗纹强度 = 0
7
1960年：红宝石激光器(Maiman) ——现代光学
波动光学：光的干涉、衍射、偏振
光
广义：电磁波 狭义： 可见光，电磁波中的狭窄波段
2
第22章 光的干涉
Interference of Light
内容： 杨氏双缝干涉
相干光
光的非单色性对干涉条纹的影响
光源大小对干涉条纹的影响
光程
薄膜干涉（一）等厚条纹
D
x
· +1L
△x / 2
0
x D
d
一级明纹： (r2 r2) (r1 r1)
D >> d ：
d sin d x 2
D2
R >>b0 、d ： d sin d b0 2
R
b0d R
此时L端 的一级明 纹中心在 x x 处
2
21
当光源宽度 b b0时才能观察到干涉条纹。
第四篇 光学
光学简史 （Optics）
17世纪：粒子说(Newton) 波动说(Huygens)
19世纪：双缝实验(Thomas Young) 电磁理论(Maxwell) ——光的波动性
20世纪初：光电效应 (Photoelectric Effect) 康普顿效应(Compton) ——光的波粒二象性1
I I0
I0
2
0
0
Δ
2
0
Δ
15 2
I
合成光强
+ (/2) 0 0 11 2 2 3 3 4 45 5 6 - (/2)
x
条纹消失时， 最大光程差
max
(
2
)k
(
2
)k
1
k
16
3.相干长度
两列波发生干涉的最大波程差叫相干长度。
c1 S
c2
max
k
2
S1 b1 S2 b2
aa·12P
能干涉
19
* 22.4 光源的大小对干涉条纹的影响
当光源宽度b增大到某个宽度b0时，干涉条 纹刚好消失。
b0称为光源的极限宽度
L• b0 /2M•
N• 光源宽
度为 b0
R
S1 d /2
S2 D
I
+1L 非
0N 相
0M 干
0L 1N
叠 加
20
b0的计算：
单色光源
L• r1
b0 / 2
M r2
R
d
r1 r2
相位差： 2 π
明纹 2k π，k 0，1，2，
k,
x
k
D d
暗纹 (2k 1) π，k 0，1，2，
(2k 1) ，x (2k 1) D
2
2d
5
条纹间距
x D
d
二、双缝干涉条纹强度
屏上任一点处： E1 E10 cos1 E2 E20 cos2
合场强：E E1 E2 E0 cos 合振幅：E02 E120 E220 2E10E20 cos(2 1)
空间相干性: 相干间隔
d0
R b
若 b 和 R一定，则要得到干涉条纹，必须
d
d0
R b
相干间隔d0 是光场中正对光源的平面上能 够产生干涉的两个次波源间的最大距离。
相干孔径：
0
d0 R
b
0 越大空间相干性越好。
22
利用空间相干性可以测遥远星体的角直径
M1 反射镜
M3
S1
d M4
F
S2
屏 M2
迈克耳孙测星干涉仪
13
菲涅耳双镜实验:
用一个点光源和两个互不平行的平面镜, 获得相干光源; 干涉光路与杨氏双缝类似
S x
M1
r1
S1
r2 0
S2
M2
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* 22.3 光的非单色性对干涉条纹的影响
1.理想的单色光
2.实际光束：波列 准单色光
准单色光：在某个中 心波长（频率）附近有 一定波长（频率）范围 的光。
: 谱线宽度
三、双缝干涉条纹的特点 分布特点：①同一级条纹在零级明纹两侧对
称分布。
②条纹间距相等： x D
d
红光入射的杨氏双缝干涉照片
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例22-1 用白光作光源观察双缝干涉。设缝 间距为d，试求能观察到的清晰可见
光谱的级次。
解：白光波长（390~750nm），明纹条件有
d sin k 某级次的红光r和高一级次的紫光v重合有