大学物理学(下册)第13章 光的干涉与衍射
光的干涉和衍射ppt课件
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
珍宝鉴定
1985年，加拿大文物保护协会（CCT）的科学家们就 利用X光射线衍射分析方法对一件被作为凡高作品出 售的油画颜料进行了分析鉴定。科学家从这幅油画 的颜料中发现了大量的金红石的存在。作为白色颜 料的使用，二氧化钛一般以两种状态存在：金红石 和锐钛矿。锐钛矿作为白色颜料使用是从1925年开 始的，而金红石作为白色颜料直到1938年才开始生 产。因为金红石的存在，使得这幅油画的创作时间 不可能早于1938年，这与凡高的生活时期（1853年1890年）是不相符的，因而可以断定这幅被鉴定的 油画是一幅赝品。
2、由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点 上，不会产生干涉现象．这是因为( ) A．两个光源发出光的频率不同 B．两个光源发出光的强度不同 C．两个光源的光速不同 D．这两个光源是彼此独立的，不是相干光源
16
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
光的干涉图样： 单色光：
明暗相间的条纹，且条纹间距相等。 两相邻亮纹（或暗纹）间距离与光的波长有关。
8
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
单色光的干涉图样：
9
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
• 干涉图样：条纹等宽等亮
大学物理--光的干涉和衍射 PPT
E 2 E12 E22 2E1E2cos
其中
2
1
2
(r2
r1 )
8
E 2 E12 E22 2E1E2cos
在波动光学中,光强定义为
I E 2 1 E 2dt 0
即光强
I I1 I2 2
1
I1
I
2
(
cosdt )
0
1、非相干叠加
对普通光源来说,由于原子发光就是间歇得、随
2、相干叠加 I I1 I2 2
1
I
1
I
2
(
cosdt )
0
如果在观察时间内,相位差保持恒定,则合成
光强为
I I1 I2 2 I1 I2 cos
2 2 1 (r2 r1 )
可见,在相干叠加时,合成光强在空间形成强弱相
间得稳定分布。这就是相干叠加得重要特征。 11
I I1 I2 2 I1 I2 cos
反 2e n22 n12sin2i
+半=
(0, )
(k 1) 明纹 2 暗纹
暗纹 明纹
2
(k=0,1,2……)
f
S
a1 a2 反射光
D
i
C n1
e
Ar B
n2
b2 n3
b1
36
透射光
例题 一平板玻璃(n=1、50)上有一层透明油膜 (n=1、25),要使波长=6000Å得光垂直入射无反射,薄 膜得最小膜厚e=?
反射光没有半波损失. 反射光在A点与B点都有半波损失、
f
两反射光得光程差不加
半波损失项、
总结:
S
a1 a2 反射光 n1>n2>n3时, 或者
大学物理中的波动光学光的干涉和衍射现象
大学物理中的波动光学光的干涉和衍射现象大学物理中的波动光学：光的干涉和衍射现象波动光学是物理学中的一个重要分支，主要研究光的传播与相互作用的波动性质。
在这个领域中，光的干涉和衍射现象是两个关键概念。
本文将以大学物理的角度，对波动光学中的干涉和衍射进行探讨。
1. 干涉现象干涉是指两个或多个光波相遇时所产生的明暗相间的干涉条纹现象。
它的基本原理是光波的叠加效应。
当两束光波相遇时，会发生干涉现象。
根据相位差的不同，干涉可分为相干干涉和非相干干涉两种。
1.1 相干干涉相干干涉指的是两束或多束光波的相位和振幅有固定的关系，使得它们在相遇的区域内能够产生稳定而有规律的干涉图样。
在相干干涉中，常见的一种情况是等厚干涉。
比如，当光线通过一个厚度均匀的平行光学板时，会因光速在介质中的改变而引起相位差，从而产生干涉现象。
1.2 非相干干涉非相干干涉指的是两束或多束光波的相位关系不稳定，在相遇的位置不会产生规律可辨的干涉图样。
光源的宽度、时间相干性以及光的偏振状态等因素都会影响非相干干涉。
2. 衍射现象衍射是指当光通过具有一定尺寸障碍物的缝孔或物体边缘时，光的传播方向发生偏离并产生干涉条纹的现象。
衍射实验是研究光的波动性质的重要手段之一。
著名的夫琅禾费衍射实验就是其中之一。
夫琅禾费衍射实验中，光通过狭缝后发生衍射，产生干涉条纹。
2.1 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射是狭缝衍射的一种特殊情况，在物理学中具有重要的研究价值。
当一束平行光波通过一个非常窄的缝隙时，光会弯曲和发散，产生强弱交替的干涉条纹。
这里的交替现象是因为光的波动性质叠加所致。
夫琅禾费衍射给我们提供了研究光的波动特性的重要线索，对于理解光的传播和干涉现象有着重要的意义。
2.2 衍射光栅衍射不仅限于狭缝，还可以通过光栅来实现。
光栅是一种由有规则的孔或条带构成的光学元件，可以用于衍射实验。
由于光栅具有多个凹槽（或条带），光通过光栅后会发生衍射，产生出多个明暗相间的衍射条纹。
《光的干涉和衍射》 讲义
《光的干涉和衍射》讲义一、光的本质在探讨光的干涉和衍射现象之前，我们先来了解一下光的本质。
长久以来，对于光的本质存在着两种主要的学说：微粒说和波动说。
微粒说认为光是由微小的粒子组成，这些粒子沿着直线传播。
而波动说则主张光是以波的形式传播的。
随着科学的发展，大量的实验和观察证明了光具有波动性。
麦克斯韦的电磁理论进一步揭示了光是一种电磁波，其传播速度在真空中为恒定值。
二、光的干涉1、干涉的定义光的干涉是指两列或多列光波在空间相遇时，在某些区域相互加强，在另一些区域相互削弱，从而形成稳定的明暗相间的条纹分布的现象。
2、相干条件要产生光的干涉现象，需要满足以下几个相干条件：（1）两列光波的频率相同。
（2）两列光波的振动方向相同。
（3）两列光波具有固定的相位差。
3、杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验是证明光的干涉现象的经典实验。
在这个实验中，一束单色光通过两个相距很近的狭缝，在屏幕上形成了明暗相间的条纹。
假设两狭缝之间的距离为 d，狭缝到屏幕的距离为 D，光波的波长为λ。
则相邻明条纹或暗条纹之间的距离Δx 可以表示为：Δx ＝λD/d 通过这个实验，我们可以清晰地观察到光的干涉现象，并且可以通过测量条纹间距来计算光波的波长。
4、薄膜干涉薄膜干涉是日常生活中常见的一种干涉现象。
比如，肥皂泡表面的彩色条纹、水面上油膜的彩色花纹等都是薄膜干涉的结果。
当一束光照射到薄膜上时，在薄膜的上表面和下表面分别发生反射，这两束反射光在某些条件下会发生干涉。
三、光的衍射1、衍射的定义光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播，在障碍物或小孔的后方形成明暗相间的条纹分布的现象。
2、单缝衍射当一束光通过一个单缝时，在屏幕上会形成明暗相间的衍射条纹。
中央为明亮的条纹，两侧条纹亮度逐渐减弱。
单缝衍射的条纹宽度与缝的宽度、光波的波长以及观察距离有关。
缝越窄，波长越长，观察距离越远，衍射现象越明显。
3、圆孔衍射光通过圆孔时也会发生衍射现象。
大学物理Ⅰ第13章光的干涉与衍射习题答案
第13章 光的干涉与衍射训练题（含答案）一、选择题1. 如图所示，折射率为n 2、厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1< n 2> n 3。
若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束(用①与②示意)的光程差是[ ] (A ) e n 22 (B) 222λ-e n(C) λ-e n 22 (D) 2222n e n λ-2.真空波长为λ的单色光，在折射率为n 的均匀透明介质中从A 点沿某一路径传播到B 点，路径的长度为l 。
若l 等于下列各选项给出的值，A 、B 两点光振动位相差记为ϕ∆，则[ ] (A) 3, 32l λϕπ=∆= (B) πϕλn nl 3,23=∆=(C) πϕλ3,23=∆=nl (D) πϕλn nl 3,23=∆=3. 在双缝干涉实验中，两缝隙间距离为d ，双缝与屏幕之间的距离为)(d D D >>。
波长为λ的平行单色光垂直照射到双缝上。
屏幕上干涉条纹中相邻暗纹之间的距离是 [ ] (A)d D λ2 (B) D dλ (C) λdD (D) dDλ4. 如图所示，用波长为λ的单色光照射双缝干涉实验装置，若将一折射率为n 、劈角为α的透明劈尖b 插入光线2中，则当劈尖b 缓慢向上移动时(只遮住S 2)，屏C 上的干涉条纹[ ] (A) 间隔变大，向下移动。
(B) 间隔变小，向上移动。
(C) 间隔不变，向下移动。
(D) 间隔不变，向上移动。
5. 把一平凸透镜放在平玻璃上，构成牛顿环装置。
当平凸透镜慢慢地向上平移时，由反射光形成的牛顿环[ ] (A) 向中心收缩，条纹间隔变小。
Sλ3(B) 向中心收缩，环心呈明暗交替变化。
(C) 向外扩张，环心呈明暗交替变化。
(D) 向外扩张，条纹间隔变大。
6. 根据惠更斯－菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为S ，则S 的前方某点P 的光强度决定于波阵面S 上所有面积元发出的子波各自传到P 点的 [ ] (A) 振动振幅之和。
(完整word)大学物理教案 光的干涉、衍射与偏振
教学目标 掌握惠更斯-菲涅耳原理；波的干涉、衍射和偏振的特性,了解光弹性效应、电光效应和磁光效应。
掌握相位差、光程差的计算,会使用半波带法、矢量法等方法计算薄膜干涉、双缝干涉、圆孔干涉、光栅衍射。
掌握光的偏振特性、马吕斯定律和布儒斯特定律，知道起偏、检偏和各种偏振光。
教学难点 各种干涉和衍射的物理量的计算。
第十三章 光的干涉一、光线、光波、光子在历史上，光学先后被看成“光线"、“光波”和“光子”，它们各自满足一定的规律或方程，比如光线的传输满足费马原理，传统光学仪器都是根据光线光学的理论设计的。
当光学系统所包含的所有元件尺寸远大于光波长时(p k =)，光的波动性就难以显现，在这种情况下,光可以看成“光线”，称为光线光学,。
光线传输的定律可以用几何学的语言表述，故光线光学又称为几何光学。
光波的传输满足麦克斯韦方程组，光子则满足量子力学的有关原理。
让电磁波的波长趋于零,波动光学就转化为光线光学，把电磁波量子化，波动光学就转化为量子光学。
二、费马原理光线将沿着两点之间的光程为极值的路线传播，即(,,)0QPn x y z ds δ=⎰三、光的干涉光矢量（电场强度矢量E )满足干涉条件的，称为干涉光。
类似于机械波的干涉，光的干涉满足:222010*********cos()r r E E E E E ϕϕ=++-1020212cos()r r E E ϕϕ-称为干涉项,光强与光矢量振幅的平方成正比，所以上式可改写为:12I I I =++(1—1）与机械波一样，只有相干电磁波的叠加才有简单、稳定的结果，对非干涉光有：1221,cos()0r r I I I ϕϕ=+-=四、相干光的研究方法（一)、光程差法两列或多列相干波相遇，在干涉处叠加波的强度由在此相遇的各个相干波的相位和场强决定。
能够产生干涉现象的最大波程差称为相干长度(coherence length ）。
设光在真空中和在介质中的速度和波长分别为,c λ和,n v λ，则,n c v νλνλ==，两式相除得n vcλλ=，定义介质的折射率为： c n v=得 n nλλ=可见，一定频率的光在折射率为n 的介质中传播时波长变短，为真空中波长的1n倍.光程定义为光波在前进的几何路程d 与光在其中传播的介质折射率n 的乘积nd .则光程差为(1)nd d n d δ=-=-由光程差容易计算两列波的相位差为21212r r δϕϕϕϕϕπλ∆=-=-- （1—2)1ϕ和2ϕ是两个相干光源发出的光的初相。
大学物理学(下册)第13章 光的干涉与衍射
化学发光：由化学反应引起的发光现象
以后讨论的光波如不特别说明都是普通光源发出的。
13.2.2 光波的叠加
1.光波的叠加 设频率相同、振动方向相同的两列简谐光波，
在同一均匀介质中传播至空间任意点P处相遇时，其光矢量振
动方程分别为
E1
E10cos(2t
2r1 n
10)
在P点叠加形成光波的振幅为
E2
n11
P
r2
n2
2 (n2r2 n1r1 )
2
可见，两列光波的位相差，不仅与它们经过的几何路程有 关，还与介质有关。
13.3.3 薄透镜的等光程性
A
o
B A
B
F
焦平面
F'
13.3.4 半波损失
当光波从光疏介质正入射或掠入射到光密介质时，介质的分界面上，反射 光的相位与入射光的相位之间产生的相位突变，这一变化相当于反射光光程变 化了半个波长
该装置处于真空中
M
S1 • S2 •
接触处, 屏上O 点出现暗条纹
O N
半波损失
相当于入射波与反射波之间附加了一个半波长的波程差
n1 n2 有半波损失
透射波没有半波损失
n1 n2 无半波损失
入射波 n1
dx 条纹间距
D2
x D
d
反射波
n2
透射波
例3 如图,离湖面
h 0.5m
处有一电磁波接收器位于 C ，当一射电星从地平面渐
r S1 1
光程差仍然为零，
R1
即
S
l
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱR2
r2
o
0 R1 r1 (R2 r1) 0
S'
大学物理基础知识光的干涉与衍射现象
大学物理基础知识光的干涉与衍射现象光的干涉与衍射现象光的干涉和衍射现象是大学物理基础知识中的重要内容。
本文将介绍光的干涉和衍射的基本概念、原理以及实际应用。
一、光的干涉现象光的干涉是指两个或多个光波相遇时发生的现象。
干涉可以是构成性干涉（增强光强）或破坏性干涉（减弱或抵消光强）。
干涉现象可以通过光的波动性解释。
1. 干涉光的波动模型根据互相干涉的光波的波函数，可以使用叠加原理对光的干涉进行数学描述。
干涉是由于波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇而形成的，这种相遇会产生干涉图案。
2. 干涉的光程差干涉的关键参数是光程差，它是指两束相干光的传播路径的差值。
当光程差为整数倍的波长时，会出现构成性干涉；当光程差为半整数倍的波长时，会出现破坏性干涉。
3. 干涉的类型干涉现象可分为两种类型：薄膜干涉和双缝干涉。
薄膜干涉是指光线在介质的两个表面之间反射、透射产生的干涉现象；双缝干涉是指光通过两个相隔较近的缝隙后形成的干涉现象。
二、光的衍射现象光的衍射是指光线通过小孔或物体的边缘时发生的现象，光波会向周围扩散形成衍射图样。
衍射现象可以通过光的波动性解释。
1. 衍射光的波动模型光通过一个小孔或物体的边缘时，光波会发生弯曲，并在周围空间中形成散射波。
这些散射波的叠加就会形成衍射图样。
2. 衍射的特点衍射的特点是衍射波传播范围广，可以绕过物体的边缘，进入遮挡区域。
衍射图样的大小与孔径或物体边缘大小有关，小孔或细缝会产生较宽的衍射图样，大孔或宽缝会产生较窄的衍射图样。
3. 衍射的应用光的衍射现象在实际应用中具有广泛的意义，例如天文学中使用的干涉仪、显微镜的分辨率提升、光学存储器的读写操作等。
三、光的干涉与衍射的应用光的干涉与衍射现象不仅仅是基础学科的内容，也有着广泛的实际应用。
1. 干涉与衍射在光学仪器中的应用干涉仪是利用光的干涉现象进行测量和分析的仪器，如干涉计和迈克尔逊干涉仪等。
衍射仪是利用光的衍射现象进行实验和观测的仪器，如杨氏双缝干涉实验装置和夫琅禾费衍射装置等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
P点引起的振动为：
E E 122E E 120r0cc2 oo22s2πsπ((TTttr1rr1212)2)( n2r2
2
1
n22
s1*
s2*
n1r1
n11
)
r1
n1
P
r2
n2
2 (n2r2n1r1)
2
可见，两列光波的位相差，不仅与它们经过 的几何路程有关，还与介质有关。
2020/6/16
激光光源 普通光源
热光源：利用热能激发的光源 电致发光：由电能直接转换为光能 光致发光：由光激发引起的发光现象
化学发光：由化学反应引起的发光现象
以后讨论的光波如不特别说明都是普通光源发出的。
2020/6/16
13.2.2 光波的叠加
1.光波的叠加 设频率相同、振动方向相同的两列简谐光波， 在同一均匀介质中传播至空间任意点P处相遇时，其光矢量振 动方程分别为
第13章 波动光学
2020/6/16
本章内容
13.1 光的电磁理论 13.2 光源 光波的叠加 13.3 光程 光程差 13.4 双缝干涉 13.5 薄膜干涉 13.6 光的衍射 13.7 光栅衍射
2020/6/16
绪论
光学：是研究光的本性,光的传播以及它和物质相互作 用的学科。
光学可分为三个分支： 1.几何光学：几何光学主要是从直线传播，折射、反射 定律等实验定律出发，基于光线模型讨论光的传播规律， 主要用于处理光学成像问题 。
波动说：认为“光同声一样，是以球形波面传播”，光是
在一种特殊弹性媒质中传播的机械波，并且是纵波。代表
：惠更斯和菲涅耳 通过实验验证：
•干涉 •衍射 •偏振
2020/6/16
13.1.2 光的电磁理论
旧根波据动麦理克论斯和韦微电粒磁学波说理一论样，，电都场是强建度立矢在量机与械磁论感的应基强础 之度上矢，量把周光期现性象变看化作在是空一间种的机传械播运形动成过电程磁，波认。为电光磁是波在中 某能种引特起殊视弹觉性和介使质感一光“材以料太感”光中的传原播因的主弹要性是波振。动这着就的产电 生场一强系度列，矛并盾把电场的振动称为光振动，电场强度称为光 矢量。
E 1E 1c0 o2s(t2nr110) E 2E 2c 0 o2s(t2n r22)
在P点叠加形成光波的振幅为
P
E 0E 1 20 E 2 20 2E 1E 02c 0 o s
其中 为两列光波的相位差，有
r1
· 1 r2
(20 1)02 n(r2r1)0p
2020/6/16
2·
2.相干叠加 若 0 恒定， 就仅是位置的函数，则
2.波动光学：以光波这一模型研究光的波动性的干涉、 衍射、偏振等的学科。
3.量子光学：从光量子性质出发研究光的辐射及光与 物质的相互作用的问题。
2020/6/16
13.1 光的电磁理论
13.1.1 光的微粒学说与波动学说之争 微粒说：认为光是按照惯性定律沿直线飞行的粒子流。可解 释了光的直线传播定律,并能对光的反射,折射作一定的解释 。代表：牛顿
nr
光程的物理意义：
r
n
nr c r c r ct
v
v
即光程nr等于在相同的时间内光在真空中传播的几何
路程。光程就是折算到真空中的路程。
2. 光程差
两束光的光程之差。 n2r2n1r1
2020/6/16
13.3.2 光程差和位相差的关系 两振动初相相同的相干光，经
n2r2n1r1
过不同的介质到达P点，两光波在
13.3.3 薄透镜的等光程性
A F
o
B A
F'
B
2020/6/16
焦平面
13.3.4 半波损失
当光波从光疏介质正入射或掠入射到光密介质时，介 质的分界面上，反射光的相位与入射光的相位之间产生的 相位突变，这一变化相当于反射光光程变化了半个波长
例：光程差为
0 2n2e
附加光程差为
n11
1865年，麦克斯韦建立起经典电磁理论体系，预言了 电1.磁可波见的光存范在围，指出电磁波的速度与光速相同，认为光
光波是是一看种得电见磁的现电象磁，波即，光其是波看长得在见3的90电0n磁m~波76，0n把m之光间现，象频与
率在电7磁.5现×象10做14了~完4美.1的×统10一14H。z之爱间因。斯这坦个在范19围05之年间创的立光狭波义就
中心 频率(Hz)
4.51014 4.91014
5.31014 5.51014
6.51014
6.81014
7.31014
中心波长 (nm)
660 610 570 540 480 460 430
13.2 光源 光波的叠加
13.2.1 光源 普通光源的发光机制
⑴ 光源 能发光的物体称为光源。
光源的分类：
22
总光程差光程为 02n2e2
12
n1
n2
e
n3
相位差为 2 2 (2 n 2 e 2 ) 4 n 2 e
k0,1 ,2,3...
(b) 相消干涉（暗）
(2 k 1 )π ,
I I m i I 1 n I 2 2I 1 I 2
k0,1,2,3...
(c) 若相位差为其他任意值时，光强介于明暗之间。
(2010)2n(r2r1)
2020/6/16
13.2.3 获得相干光的方法
1.分波阵面法
演示
在光源发出的光的某一波面上，
分割出两个（多个）子波源，他们
发出的光可产生干涉现象，此法称
为分波阵面法。
2.分振幅法 一列光波经过反射、折射后，形
成的两列光波就是相干光产生干涉 的方法称为分振幅法。
2020/6/16
光 源
*
s1 s2
波阵面分割法
振幅分割法
13路程与介质折射率之积。
是可相见对光论。，人根眼本感上知否的定颜了色“由以频太率”决的定存。在，光波可以在自
由空间传播。
2020/6/16
表13.1.1 可见光七彩颜色对应的波长和频率范围
光色 波长范围 (nm)
红 760~622
橙 622~597 黄 597~577
绿 577~492
青 兰 紫
2020/6/16
492~470 470~455 455~400
II1I22I1I2cos
此时，光强将是位置的函数。光波在空间不同的区域的叠加， 将形成强弱分布稳定的光强分布，即为相干叠加
这种现象称为光的干涉，形成的空间周期性的分布图像称为 干涉花样
演示
2020/6/16
3.干涉明暗条件
(a) 相长干涉（明）
2kπ,
I I m a I 1 x I 2 2 I 1 I 2