波动光学 光波的干涉 光波的衍射 光波的偏振 华中科技大学物理系
第五篇 第二十一章光的干
第二十一章 光的干涉 第五篇
第二十一章光的干涉 §211相干光 §212双缝干涉 §21—3薄膜干涉 §214迈克耳逊干涉仪
第二十一章 光的干涉 §21—1 相干光 §21—2 双缝干涉 §21—3 薄膜干涉 §21—4 迈克耳逊干涉仪
光是电磁波。可见光波长400mm760mm 4000A70604 (1m=10m=10) 波动光学研究光的干涉、衍射和偏振现象 因为光是横波,所以具有偏振特性。 波线上E沿y轴在平面上 振动故称偏振。 z“H xE矢量称光矢量
光是电磁波。可见光波长 4000A 7600A 400nm 760nm ( 1nm 10 m 10A) 9 = = − 波动光学研究光的干涉、衍射和偏振现象。 因为光是横波，所以具有偏振特性。 y x z E H 波线上 E 沿 轴在 平面上 y xy 振动故称偏振。 E 矢量称光矢量 1
§21—1相干光 1.相干光条件 两列光波频率相同、振动方向相同、位相差恒定。 机械波易做到,光波不易满足 原因:光源发光机制不同 原子能级跃迁产生光波列∫波列长度l;大致V; 偏振。 光源中许多原子、分子能级跃迁各自独立,产生的 光波在频率、振动方向、位相上各不相同,故两个独立 光源产生的光不是相干光(如两盏灯)。 2
§21—1 相干光 两列光波频率相同、振动方向相同、位相差恒定。 1. 相干光条件： 机械波易做到，光波不易满足。 原因：光源发光机制不同 原子能级跃迁产生光波列 l 波列长度 l ；大致 ； 偏振。 光源中许多原子、分子能级跃迁各自独立，产生的 光波在频率、振动方向、位相上各不相同，故两个独立 光源产生的光不是相干光（如两盏灯）。 2
2.获得相干光的方法 原则:将同一波列的光分成两束,经不同路经后相遇, 产生干涉 (1)分波振面法 S 双缝干涉 双棱镜干涉 暗点 (半波损失 J’= 双面镜干涉 洛埃镜干涉3 典型代表—一双缝干涉(注意洛埃镜条件相反)
2. 获得相干光的方法 原则：将同一波列的光分成两束，经不同路经后相遇， 产生干涉。 （1）分波振面法 双棱镜干涉 双面镜干涉 洛埃镜干涉 暗点 （半波损失） 典型代表 双缝干涉（注意洛埃镜条件相反）。 s 1 s 2 s s' s 双缝干涉 1 s 2 s p S * s 1 s 2 s 3
(2)分振幅法 透明薄膜 典型代表——薄膜干涉 §212双缝干涉 1.现象: 屏上出现与缝平行的明暗相间条纹 △xa △x △x 条纹位置分布 研究问题 条纹强度分布
（2）分振幅法 透明薄膜 典型代表 薄膜干涉 §21—2 双缝干涉 屏上出现与缝平行的明暗相间条纹 d 1 Δx 研究问题 条纹位置分布 条纹强度分布 1. 现象： d Δx d Δx 4
2.明暗条纹位置分布 D>>d k=0 =0 k=0 D P点波程差: δ= r≈dmh6≈/± 加强(明纹、极大) 土(2k+1),减弱(暗纹、极小 k=0,l,2, k=0第0级明纹(中央明纹),k=1第一级明纹 注意: k=0第一级暗纹,k=1第二级暗纹 5
2. 明暗条纹位置分布 D d 2 1 = r − r d sin= k 2 ( 2k 1) + 加强（明纹、极大） 减弱（暗纹、极小） p 点波程差： k = 0,1,2, 注意： k=0第0级明纹（中央明纹），k=1第一级明纹 k=0第一级暗纹, k=1第二级暗纹…. δ o 2 r 1 r 1 s 2 s x k = 0 k = 0 k = 1 k = 0 k = 1 D d p 5
±明纹 od sin e ±(2k+1),暗纹 很小,sin6≈g9=x k=0 S4|6 ±k 明纹 0|x k=0,l,2, 洛埃镜 ±(2k+/D 暗纹 条件相反 2d 相邻两明纹(或暗纹)间距△x= D入 讨论:A.△x与k无关,平行等间距条纹 B△xald C.△x∝D D.△x∝先 6
D x 很小，sin t g = x = d D k 2d D ( 2k 1) + 明纹 暗纹 k = 0,1,2, x d δ D o 2 r 1 r 1 s 2 s x k = 0 k = 0 k = 1 k = 0 k = 1 p 洛埃镜 条件相反 相邻两明纹（或暗纹）间距 d D x Δ = 讨论： Δx 1 d A. Δx 与 k 无关，平行等间距条纹. B. d sin = k 2 ( 2k 1) + 明纹 暗纹 C. Δx D D. Δx 6
△x∝c入白光照出彩条。 k=-3 k=-I k=1 k=3 k k=2 3.干涉强度分布 设 同位相,它们 在P点引起的振动方程 7CI E=Ero coS(ot 2礼心 S2|6 20 COS( Gt 入 假设SS2很小,单个缝均匀照亮屏,即E1、E20与θ无关。 卩点分振动位相差Aφ=你己m6 T 入
k =1 k = 2 k = 3 k = −2 k = −3 3. 干涉强度分布 I x ) 2 r E E cos( t 1 1 10 = − ) 2 r E E cos( t 2 2 20 = − 1 s 2 设 、 s 同位相，它们 在 p 点引起的振动方程 x δ D o 2 r 1 r 1 s 2 s x p d − = = d sin 2 (r r ) 2 点分振动位相差Δ 2 1 p 假设 s1 、 s2 很小，单个缝均匀照亮屏，即 E10 、 E20 与 无关。 Δx 白光照出彩条。 kk== −−11 7