17.2由分波前法产生的光的干涉
光的干涉-知识点总结
光的干涉-知识点总结干涉场强分布：亮度最大值处： 亮度最小值处：条纹间距公式空间频率：ƒ（2()()()*12121212,(,)(,)(,)(,)2cos =++=++∆I x y U x y U x y U x y U x y I I I I ϕ()()110sin 11,i k x U x y Ae θϕ+=()()220sin 22,i k x U x y A e θϕ-+=()(1220(,)sin sin x y k x ϕθθφφ∆=-++-()()122010(,)sin sin x y k x ϕθθφφ∆=-++-以参与相干叠加的两个光场参数表示：衬比度的物理意义 1.光强起伏2.相干度2.2分波前干涉2.2.1普通光源实现相干叠加的方法 (1)普通光源特性 • 发光断续性 • 相位无序性• 各点源发光的独立性根源：微观上持续发光时间τ0有限。
如果τ无限，则波列无限长，初相位单一，振幅单一，偏振方向单一。
这就是理想单色光。
(2)两种方法21212I I I I +=γ2212112⎪⎭⎫ ⎝⎛+=A A A Aγ())(cos 1)(0r I r Iϕγ∆+=1γ=0γ=01γ<< 完全相干 完全非相干 部分相干◆ 分波前干涉（将波前先分割再叠加，叠加广场来自同波源具有相同初始位相） ◆ 分振幅干涉（将光的能量分为几部分，参与叠加的光波来自同一波列，保证相位差稳定）2.2.2杨氏双孔干涉实验：两个球面波的干涉 (1) 杨氏双孔干涉实验装置及其历史意义（1） 光程差分析（要会推导）XZ(x,y)(3)干涉条纹分布xdr r r r r r r r 2))((212212122122=-+-=-， 由 x DdD xdr r xd r r =≈+=-2221212得 λπϕ2,),(==∆k x D d k y x )(2)(2),(),()(12122010r r R R t P t P P -+-=-=∆λπλπϕϕϕ2222222221)2(,)2(由 D y dx r D y dx r +++=++-=)(2)(2),(),()(12122010r r R R t P t P P -+-=-=∆λπλπϕϕϕxdr r2得 2122=-当Q 位于Ｚ轴上时，R 1=R 2,则)),(cos 1(),(0y x I y x I ϕ∆+=(4) 非近轴近似下的干涉条纹分布亮条纹和暗条纹在空间形成一系列双叶旋转双曲面。
分波前干涉实验的现代应用及原理
分波前干涉实验的现代应用及原理分波前干涉实验是一种经典的光学实验，它利用光的干涉现象来研究光的性质和波动特性。
这种实验在现代科学研究中有着广泛的应用，特别是在光学成像、光学通信和光学计算等领域。
分波前干涉实验的原理是基于光的干涉现象。
当两束光波相遇时，它们会发生干涉现象，即互相叠加形成干涉图样。
在分波前干涉实验中，首先将一束光通过一个波片分成两束光，这两束光分别经过不同的光学元件，再通过一个透镜汇聚到同一点上。
由于光程差的存在，光波在汇聚点上会发生干涉现象，形成干涉图样。
分波前干涉实验的现代应用之一是在光学成像中的应用。
在传统的成像系统中，由于衍射效应的存在，图像的分辨率有一定的限制。
而利用分波前干涉实验可以通过调整光波的相位和幅度，改善图像的分辨率。
通过在成像系统中引入干涉原理，可以实现超分辨成像，从而获得更清晰、更精细的图像。
另一个现代应用是在光学通信中的应用。
光通信是一种高速、大容量的通信方式，而光的干涉现象可以用来调制和解调光信号。
通过在光通信系统中引入分波前干涉实验，可以提高光信号的传输效率和稳定性。
利用干涉原理，可以实现更高的信号传输速率和更低的误码率，从而提升光通信系统的性能。
分波前干涉实验还在光学计算中得到了广泛应用。
光学计算是一种利用光的干涉现象来进行计算和处理信息的方法。
通过在光学计算系统中引入分波前干涉实验，可以实现光学逻辑门和光学储存器等光学计算元件的设计和制造。
这种基于干涉原理的光学计算方法具有高速、低功耗和大容量的优势，可以应用于光学计算机和光学存储器等领域。
分波前干涉实验在现代科学研究中有着广泛的应用。
它在光学成像、光学通信和光学计算等领域发挥着重要作用。
通过利用光的干涉现象，可以提高图像的分辨率、改善光信号的传输效率和稳定性，以及实现光学计算和信息处理。
随着科学技术的不断发展，分波前干涉实验将在更多的领域得到应用，并为人类带来更多的科学发现和技术突破。
光的干涉 知识点总结材料
第二章 光的干涉 知识点总结2.1.1光的干涉现象两束(或多束)光在相遇的区域产生相干叠加,各点的光强不同于各光波单独作用所产生的光强之和,形成稳定的明暗交替或彩色条纹的现象,称为光的干涉现象。
2.1.2干涉原理注：波的叠加原理和独立性原理成立于线性介质中,本书主要讨论的就是线性介质中的情况. (1)光波的独立传播原理当两列波或多列波在同一波场中传播时，每一列波的传播方式都不因其他波的存在而受到影响，每列波仍然保持原有的特性（频率、波长、振动方向、传播方向等） (2)光波的叠加原理在两列或多列波的交叠区域，波场中某点的振动等于各个波单独存在时在该点所产生振动之和。
波叠加例子用到的数学技巧： （1） A +iB =√A 2+B 2(A √A 2+B2+i B √A 2+B 2)=A t e iφt（2）eiφ1=ei[(φ12+φ22)+(φ12−φ22)] eiφ1=ei[(φ12+φ22)−(φ12−φ22)]注:叠加结果为光波复振幅的矢量和，而非强度和。
分为相干叠加(叠加场的光强不等于参与叠加的波的强度和)和非相干叠加(叠加场的光强等于参与叠加的波的强度和). 2.1.3波叠加的相干条件干涉项：相干条件：（干涉项不为零） （为了获得稳定的叠加分布） （为了使干涉场强不随时间变化） 2.1.4 干涉场的衬比度1.两束平行光的干涉场（学会推导） （1）两束平行光的干涉场 干涉场强分布：21ωω=10200⋅≠r rE E 2010ϕϕ-=常数()()212121212()()()2=+⋅+=++⋅r r r r r r r r rI r E E E E I r I r E E 12102012201021212010212{cos()()()cos()()()}⋅=⋅+⋅++-++-⋅+---r r r r v v v v vE E E E k k r t k k r t ϕϕωωϕϕωω()()()*12121212,(,)(,)(,)(,)2cos =++=++∆%%%%I x y U x y U x y U x y U x y I I I I ϕ亮度最大值处：∆φ=2mπ亮度最小值处：∆φ=(2m +1)π 条纹间距公式∆x =λsin θ1+sin θ2空间频率：ƒ=1∆x ⁄（2）定义衬比度以参与相干叠加的两个光场参数表示：衬比度的物理意义 1.光强起伏2.相干度2.2分波前干涉2.2.1普通光源实现相干叠加的方法 (1)普通光源特性• 发光断续性 • 相位无序性• 各点源发光的独立性根源：微观上持续发光时间τ0有限。
光的干涉知识点
光的干涉是光学中的一个重要现象，它描述了两个或多个光波在空间中相遇时相互叠加，形成新的光强分布的现象。
以下是一些关于光的干涉的基本知识点：
1. 相干性：要产生光的干涉现象，入射到同一区域的光波必须满足相干条件，即它们的振动方向一致、频率相同（或频率差恒定），且相位差稳定或可预测。
2. 分波前干涉与分振幅干涉：
- 分波前干涉：如杨氏双缝干涉实验，光源通过两个非常接近的小缝隙后，产生的两个子波源发出的光波在空间某点相遇，由于路程差引起相位差，从而形成明暗相间的干涉条纹。
- 分振幅干涉：例如薄膜干涉，光在通过厚度不均匀的薄膜前后两次反射形成的两束相干光相遇干涉，也会形成明暗相间的干涉条纹。
3. 相长干涉与相消干涉：
- 相长干涉：当两束相干光波在同一点的相位差为整数倍的波长时，它们的振幅相加，合振幅最大，对应的地方会出现亮纹（强度最大）。
- 相消干涉：当两束相干光波在同一点的相位差为半整数
倍的波长时，它们的振幅互相抵消，合振幅最小，对应的地方会出现暗纹（强度几乎为零）。
4. 迈克尔逊干涉仪：是一种精密测量光程差和进行精密干涉测量的重要仪器，可以观察到极其微小的变化所引起的干涉条纹移动。
5. 等厚干涉与等倾干涉：菲涅耳双棱镜干涉属于等倾干涉，而牛顿环实验则属于等厚干涉。
6. 全息照相：利用光的干涉原理记录物体光波的全部信息，包括振幅和相位，能够再现立体图像，是干涉技术的重要应用之一。
以上只是光的干涉部分基础知识，其理论和应用广泛深入于物理学、光学工程、计量学、激光技术等领域。
光的干涉与衍射现象高考物理中的光学关键概念
光的干涉与衍射现象高考物理中的光学关键概念光学作为物理学的一个重要分支，研究了光的发射、传播和相互作用等现象。
在高考物理中，光学作为一个重要的知识点，包含了许多关键概念，其中光的干涉与衍射现象是其中的重点内容。
本文将对光的干涉与衍射现象进行详细解析，旨在帮助考生更好地理解相关概念。
一、光的干涉现象1.1 干涉现象的概念光的干涉现象指的是两束或两束以上光波相互作用后产生的干涉效应。
当两束光波相遇时，由于光波的性质，会出现干涉现象。
1.2 干涉的条件光的干涉需要满足两个基本条件：一是光源必须是相干光源，二是光波应满足相长干涉或相消干涉的条件。
1.3 干涉现象的分类光的干涉现象可分为两类：一是光的波前干涉，二是光的振幅干涉。
波前干涉中，干涉是由波前的相遇造成的，常见的例子为杨氏实验；振幅干涉中，干涉是由光波的振幅相加或相减造成的，典型例子为牛顿环。
二、光的衍射现象2.1 衍射现象的概念光的衍射现象指的是当光通过一个细缝或遇到一个不透明物体时，出现的光的偏转、扩散或波的弯曲等现象。
光的衍射广泛存在于自然界和生活中的各个领域。
2.2 衍射的条件光的衍射需要满足细缝或物体的尺寸与光波波长的比值在一定范围内。
当尺寸接近或小于光波的波长时，衍射现象就会显现出来。
2.3 衍射现象的分类光的衍射现象可分为一维衍射、二维衍射和三维衍射。
一维衍射指的是光通过一个狭缝或细缝后引起的衍射，二维和三维衍射则是指光通过较为复杂的衍射物体后呈现出的衍射效应。
三、光的干涉与衍射的应用3.1 干涉与衍射在光学仪器中的应用干涉与衍射广泛应用于光学仪器中，如显微镜、望远镜、光栅等。
通过利用干涉与衍射现象，光学仪器可以实现更高的分辨率和测量精度，从而在科学研究和技术应用中发挥重要作用。
3.2 干涉与衍射在光艺术中的应用干涉与衍射现象也广泛应用于光艺术中，如光电雕刻、光画等。
通过精心的设计和控制，借助干涉与衍射效应，可以创造出独特的光影效果，给人们带来视觉上的享受和艺术的启发。
《分波前干涉》课件 (2)
分波前干涉在实际应用中的应用
本节将介绍分波前干涉在光学图像处理、医学成像和材料表面检测等领域中的实际应用。
光学图像处理
利用分波前干涉的原理，对光 学图像进行处理和增强，提高 图像的质量和清晰度。
医学成像
利用分波前干涉技术，改善医 学成像的分辨率和对比度，提 高诊断的准确性。
材料表面检测
通过应用分波前干涉，实现对 材料表面缺陷和纹理的高精度 检测和分析。
学习目的及准备工作
通过学习分波前干涉，您将了解它在光学图 像处理、医学成像和材料表面检测中的实际 应用。
原理讲解
本节将详细介绍分波前干涉的原理、光路差的计算、空间相干性与分波前干涉以及光程差调制。 • 分波前干涉原理介绍 • 光路差的计算 • 空间相干性与分波前干涉 • 光程差调制
分波结分波前干涉的优缺点，并探讨它未来的发展和应用前景。
1 分波前干涉的优缺点
分波前干涉可以提供高分辨率、高灵敏度的测量结果，但也存在一些技术挑战和限制。
2 对分波前干涉的展望
随着技术的不断发展，分波前干涉将在更广泛的领域中得到应用，并有望实现更高级别 的精确测量。
参考文献
在这一节中，我们将提供相关的期刊论文、会议论文及专利文献，便于您进 一步学习分波前干涉的相关内容。
《分波前干涉》PPT课件 (2)
欢迎来到《分波前干涉》PPT课件！在本次课件中，我们将介绍分波前干涉 的原理、实验配置以及在实际应用中的应用。让我们一起来探索这个令人着 迷的光学现象。
引言
在这一部分中，我们将介绍分波前干涉的概述，以及学习和准备工作的目的。
分波前干涉概述
分波前干涉是一种基于光的相干性的现象， 它可以产生干涉图案来分析光的特性。
在这一节中，我们将详细讲解配置光学实验装置、选择适合的光源以及调节分波前干涉仪器的步骤。
工程光学(填空题)
工程光学一、填空题1、光就其本质而言是一种电磁波，光波波长范围大致为1mm~10nm ，其中波长在380nm~760nm 之间的电磁波能为人眼所感知，称为可见光。
2、光的直线传播定律与光的独立传播定律概括的是光在同一均匀介质中的传播规律，而光的折射定律与反射定律则是研究光传播到两种均匀介质分界面上时的现象与规律。
3、介质的折射率是用来描述介质中的光速相对于真空中的光速减慢程度的物理量。
4、全反射发生的条件是：（1）光线从光密介质向光疏介质入射；（2）入射角大于临界角。
5、费马原理也叫光程极短定律，指光沿着光程为极值（极大、极小或常量）的路径传播。
6、如果组成光学系统的各个光学元件的表面曲率中心都在同一条直线上，则称该光学系统为共轴光学系统。
7、物体所在的空间称为物空间；像所在的空间称为像空间。
8、光学系统成完善像应满足的条件为：入射波面为球面波时，出射波面为球面波；入射光为同心光束时，出射光为同心光束。
9、由实际光线相交所形成的点为实物点或实像点，而由光线的延长线相交所形成的点为虚物点或虚像点。
10、平面可以看成是曲率半径r→∞的特例，反射则是折射在n' = -n 时的特例。
11、通过物点和光轴的截面称为子午面，轴上物点的子午面有无数多个，而轴外物点的子午面只有一个。
12、单个折射球面对轴上的物点成像是不完善的，这种现象称为球差。
13、真空中的光速c=3×108m/s ，则光在水中（n=1.333）的光速为v=2.25×108m/s 。
14、设光纤所在介质的折射率为n 0，入射在光纤输入端面的光纤最大入射角为U m ，则光纤的数值孔径N A 为n 0sinU m 。
15、以任意宽的光速都能完成完善像的光学系统称为理想光学系统；在该系统中，每个物点对应于唯一的一个像点，这种物像对应的关系叫做共轭。
16、一对主点和主平面，一对焦点和焦平面，通常称为共轴理想光学系统的基点和基面。
《光的干涉》 知识清单
《光的干涉》知识清单一、光的干涉现象当两束或多束光在空间中相遇时，如果它们的频率相同、振动方向相同、相位差恒定，就会发生光的干涉现象。
在干涉区域内，光的强度会出现明暗相间的条纹，这是光的波动性的有力证据。
例如，杨氏双缝干涉实验就是一个经典的例子。
通过在屏幕上观察到的等间距的明暗条纹，我们可以直观地感受到光的干涉。
二、产生光的干涉的条件1、频率相同两束光的频率必须相同，这样它们在相遇时才能产生稳定的干涉现象。
如果频率不同，干涉条纹会迅速消失，无法观察到明显的干涉效果。
2、振动方向相同光的振动方向相同是指电场矢量的方向相同。
只有在这个条件下，两束光的振动才能相互叠加，形成干涉条纹。
3、相位差恒定这意味着两束光在传播过程中的相位差不随时间变化。
相位差的恒定是产生稳定干涉条纹的关键因素。
三、杨氏双缝干涉实验1、实验装置由一个光源、一个有两条狭缝的挡板和一个观察屏组成。
光源发出的光通过双缝后，在观察屏上形成干涉条纹。
2、干涉条纹的特点（1）等间距：相邻的明条纹或暗条纹之间的距离相等。
（2）明暗相间：明条纹和暗条纹交替出现。
3、条纹间距的计算条纹间距Δx 与光的波长λ、双缝间距 d 以及双缝到屏的距离 L 有关，其计算公式为：Δx ＝λL/d四、薄膜干涉1、原理当一束光照射到薄膜上时，在薄膜的上、下表面分别反射的两束光会发生干涉。
2、常见的薄膜干涉现象（1）肥皂泡上的彩色条纹肥皂泡的薄膜厚度不均匀，不同位置反射的光的光程差不同，导致出现彩色条纹。
（2）增透膜和增反膜在光学仪器的镜头表面镀上一层特定厚度的薄膜，可以增加或减少反射光，从而提高光学性能。
五、光的干涉的应用1、测量微小长度变化利用干涉条纹的移动可以精确测量物体的微小长度变化，如在精密测量仪器中。
2、检测表面平整度通过观察干涉条纹的形状和分布，可以检测物体表面的平整度。
3、制作光学元件如干涉滤光片，用于选择特定波长的光。
六、相干光源的获取1、分波前法如杨氏双缝干涉实验，通过将同一波前分成两部分来获得相干光源。
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t 1.7210 m
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17.2 由分波前法产生的光的干涉
例4:在双缝干涉实验中,用折射率n=1.58的玻 璃膜蕧盖在一条缝上,这时屏上的第七条明纹 移到原来的中央明纹的位置上,若入射光波长 为 550nm ,求玻璃膜的厚度.
s
s1
7
s2
0
s
s1
s2 n
d
7
( 2 k 1)
明纹
暗纹
2
，k
1,2,
x
kD ， k 0,1,2, d D ( 2k 1) ， k 1,2,k 取值与条纹级次一致
17.2 由分波前法产生的光的干涉
3 条纹特点
x
* *
k =+2 k =+2 k =+1 k =+1 k=0 k =-1 k =-1 k =-2 k =-2
d r2 r1 x D
s
s1
x
s2 n
t
r2
B
17.2 由分波前法产生的光的干涉
D x ( r2 r1 ) d
(1)
d 插入介质后 ' (r2 t nt ) r1 x' D D D x' (r2 r1 ) (n 1)t (2) d d D 由(1)、(2)两式得 x x' x (n 1)t d
0
解:从S1和S2发出的相干光所对应的光程差
(r2 d nd ) r1
17.2 由分波前法产生的光的干涉
s
s1
7
s2
0
s
s1
s2 n
d
7
0
由第七条明纹出现在原来的中央明条纹处 可知： r2 r1 0 7 由前式可知：
(n 1)d 7
7 7 550 109 d 6 64 106 m n 1 1 58 1
17.2 由分波前法产生的光的干涉
例5 P624 题17.3.4 在杨氏双缝干涉实验中,波长为 480 nm 的单色光垂直入射到双缝上,如果两缝分别被 6 1 . 7 1 . 4 8 10 m 折射率为 和 的两块厚度都为 的薄玻璃片遮住,试求：此时光屏上中央明纹 所在的位置是原来几级明纹所在的位置. 解:
1.7l 1.4l 0.3 106 m k
2.4 106 k 5 7 4.8 10
17.2 由分波前法产生的光的干涉
二 洛埃镜实验
P'
P
s1
d
s2
M
L
D
半波损失:当光由光疏介质掠射入光密介质 时,反射光相位突变 (多走或少走 2 )
17.2 由分波前法产生的光的干涉
k 1
k2
k 3
17.2 由分波前法产生的光的干涉
讨论
条纹间距
D x d
(k 1)
D一定时,若 变化, 则 x 将怎样化？ 1 d、
17.2 由分波前法产生的光的干涉
2 、D 一定时,条纹间距x 与 d 的关系如何？
17.2 由分波前法产生的光的干涉
例1 在杨氏双缝干涉实验中,用波长 =589.3 nm的纳灯作光源,屏幕距双缝的距 离D=800 mm,问: (1) 当双缝间距1mm时,两相邻明条纹 中心间距是多少? (2) 假设双缝间距10 mm,两相邻明条纹 中心间距又是多少?
…
…
I
17.2 由分波前法产生的光的干涉
(1)明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧. (2)相邻明条纹和相邻暗条纹等间距,与干涉 级次k无关. 条纹中心间距
D x xk 1 xk d x x D x 1 d
(3)若用复色光源,则干涉条纹是彩色的.
k 3 k 1 k 2
17-2 由分波前法产生的光的干涉
一
1 实 验 装 置
杨氏双缝实验
d
s1
r1
r2
D
p
s
x
o
o
s2
r
D d
sin tan x / D x 光程差 r2 r1 d sin d D
17.2 由分波前法产生的光的干涉
2 产生明纹暗纹的条件
x r2 r1 d sin d D k ， k 0,1,2,
17.2 由分波前法产生的光的干涉
解:
(1) d=1 mm时
D x 0.47m m d
(2) d=10 mm时
D x 0.047m m d
17.2 由分波前法产生的光的干涉
例2 以单色光照射到相距为0.2 mm的双 缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1m.
(1) 从第一级明纹到同侧的第四级明纹间 的距离为7.5 mm,求单色光的波长; (2) 若入射光的波长为600 nm,中央明纹中 心距离最邻近的暗纹中心的距离是多少?
17.2 由分波前法产生的光的干涉
解:
D (1) xk kλ , k 0 , 1, 2, d
(这里k取+)
D Δx1, 4 x 4 x1 k 4 k1 d d x1, 4 λ 500 nm D k 4 k1
1 1D λ 1.5 mm (2) x' x 2 2d
理论和实验都表明:当光由光疏介质垂直 射入光密介质被反射时也有半波损失,而由 光密介质射入光疏介质时无半波损失．
当光由一种介质进入另一种介质发生 折射时,无论什么情况都不会发生半波损失 杨氏双缝实验的结论对洛埃镜实验都适用
17.2 由分波前法产生的光的干涉
例3 P624 题17.3.2 在杨氏双缝干涉实验中,两狭缝之间的 50 cm 0.1cm ,光屏离狭缝的距离为 距离为 ,当 1.58 用一折射率为 的透明介质薄片遮住其中 一缝时,发现光屏上干涉条纹移动了 ,试 0.50cm 求薄片厚度． 解: 未插入介质前 A r1