第九章第一節(jié)

第九章光的干涉光是一種電磁波c

：光在真空中的傳播速度v

：電磁波在介質(zhì)中的速度n：透明介質(zhì)的折射率可見光在真空中的波長范圍為350~770nm光源：發(fā)射光波的物體熱光源冷光源新光源熱光源：白熾燈，弧光燈光源：發(fā)射光波的物體熱光源：白熾燈，弧光燈冷光源新光源電致發(fā)光氣體，He、Ne、Ar等，霓虹燈；金屬氣體，Na，Hg；固體，LED霓虹燈LED燈光源：發(fā)射光波的物體熱光源：白熾燈，弧光燈冷光源新光源電致發(fā)光光致發(fā)光氣體，He、Ne、Ar等，霓虹燈；金屬氣體，Na，Hg；固體，LED熒光磷光熒光磷光具有磷光性的粉末分別處于可見光下、紫外線下和完全黑暗的環(huán)境中光源：發(fā)射光波的物體熱光源：白熾燈，弧光燈冷光源新光源電致發(fā)光光致發(fā)光氣體，He、Ne、Ar等，霓虹燈；金屬氣體，Na，Hg；固體，LED熒光磷光化學(xué)發(fā)光化學(xué)發(fā)光腐爛物中的磷在空氣中氧化而發(fā)光光源：發(fā)射光波的物體熱光源：白熾燈，弧光燈冷光源新光源：激光，同步輻射光源，自由電子激光電致發(fā)光光致發(fā)光氣體，He、Ne、Ar等，霓虹燈；金屬氣體，Na，Hg；固體，LED熒光磷光化學(xué)發(fā)光激光(Laser)LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation特點(diǎn)：亮度高，方向性好，單色性好，相干性好Green(520

nm),blue-violet(445

nm)red(635

nm)lasersLaser,quantumprinciple同步輻射光源Synchrotronradiation特點(diǎn)：具有從遠(yuǎn)紅外到X光范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，高強(qiáng)度，高度準(zhǔn)直，高度極化，特性可精確控制等優(yōu)異性能上海同步輻射光源工程自由電子激光Free-electronlaser特點(diǎn)：頻率連續(xù)可調(diào)，頻譜范圍廣，峰值功率和平均功率大，且可調(diào)，相干性好，偏振強(qiáng)，具有ps量級(jí)脈沖的時(shí)間結(jié)構(gòu)，且時(shí)間結(jié)構(gòu)可控，9.1光干涉儀在光學(xué)檢測中的應(yīng)用一、干涉原理1.光的相干條件

相干光——兩列光波頻率相同__光矢量振動(dòng)方向相同

初相差恒定相干光源——可以產(chǎn)生兩列相干光的光源

——為什么一個(gè)光源上不同位置發(fā)出的光不能進(jìn)行干涉？

——為什么兩個(gè)相同的獨(dú)立光源發(fā)出的光不能進(jìn)行干涉？原子發(fā)光機(jī)制——原子或分子從較高能量狀態(tài)躍遷到較低能量狀態(tài)，釋放能量發(fā)出光子——輻射時(shí)間10-9~10-8s

相應(yīng)發(fā)出了一段光波__波列

——光的頻率與原子的能級(jí)差有關(guān)，從不同的能級(jí)向下躍遷發(fā)出不同頻率的光普通光源——復(fù)色光從固定的兩個(gè)能級(jí)躍遷——單色光——不論是復(fù)色光__還是單色光原子處于較高能級(jí)向下躍遷不是同步的！隨機(jī)任意的！——兩個(gè)波列之間沒有恒定的相位差——疊加光強(qiáng)只是兩束光的光強(qiáng)直接相加

——P點(diǎn)疊加是非相干的2.兩列相干光疊加后的光強(qiáng)分布各向同性介質(zhì)中兩光源——頻率相同

__光矢量振動(dòng)方向平行__初相兩列光波在空間P點(diǎn)的振動(dòng)為：在某一時(shí)間間隔τ內(nèi)，合振動(dòng)的平均相對(duì)強(qiáng)度在某一時(shí)間間隔τ內(nèi)，合振動(dòng)的平均相對(duì)強(qiáng)度非相干光——在觀測時(shí)間內(nèi)，初相位各自獨(dú)立地做不規(guī)則的改變，概率均等地在觀測時(shí)間內(nèi)多次歷經(jīng)從0到2π之間的一切可能值兩振動(dòng)的相位差在觀測時(shí)間內(nèi)無規(guī)則變化，

不出現(xiàn)干涉現(xiàn)象在某一時(shí)間間隔τ內(nèi)，合振動(dòng)的平均相對(duì)強(qiáng)度相干光——在觀測時(shí)間內(nèi)，兩電磁振動(dòng)各自進(jìn)行，

相位差恒定合振動(dòng)的平均強(qiáng)度介乎兩者之間，若振幅相同，干涉相長干涉相消相差P點(diǎn)的光強(qiáng)——兩個(gè)光源的初相差恒定時(shí)兩列光波在相遇的區(qū)域疊加光強(qiáng)具有穩(wěn)定分布與時(shí)間無關(guān)

為其它值時(shí)光強(qiáng)介于最大和最小之間3.獲得相干光的方法分波振面法——相同波面上取兩個(gè)子波源子波源發(fā)出的兩列光波為相干光2)分振幅法——同一束光分成兩束__經(jīng)過不同的路徑在空間一點(diǎn)相遇發(fā)生干涉——薄膜等傾干涉——邁克耳遜干涉

獲得相干光的方法——分振幅法二、

光程和光程差光源的振動(dòng)：到達(dá)P點(diǎn)的振動(dòng)：在任意時(shí)刻的相位差：真空中的波長取光程——

光程差——

相位差——

——光程的意義——光在介質(zhì)n中傳播距離r引起的相位變化——在相同時(shí)間t里，光在真空中傳播的距離——光在不同介質(zhì)中傳播的距離引起的相位變化統(tǒng)一用光在真空中發(fā)生相位變化的計(jì)算

例題01空氣中，在S2P光路中放置一個(gè)厚度為x

折射率為n的透明介質(zhì)，計(jì)算兩束光波在P的相位差。已知

光束1到P點(diǎn)的光程光束2到P點(diǎn)的光程相差光程差光的等光程性1)來自物點(diǎn)S的各條光束到達(dá)S’的光程相同——發(fā)自物點(diǎn)S不同角度的光束在經(jīng)過透鏡后會(huì)聚在S’點(diǎn)各光束到S’點(diǎn)的光程相同S’點(diǎn)——亮點(diǎn)S’點(diǎn)——干涉相長2)平面波波面上的各點(diǎn)發(fā)出的光到達(dá)點(diǎn)F的光程相同——波面上a,b,c三點(diǎn)相位相同__經(jīng)透鏡會(huì)聚在焦點(diǎn)F

三光束在F點(diǎn)是干涉相長三束光到F點(diǎn)的光程相等——a,b,c三點(diǎn)到F’點(diǎn)的光程相等——物點(diǎn)S的光經(jīng)過透鏡L1和L2后在焦平面一點(diǎn)F’會(huì)聚透鏡可以改變光傳播的方向__但不增加額外的光程1

楊氏雙縫干涉儀S，S1和S2——3個(gè)平行狹縫——平行單色光入射單縫——S1和S2是相干子光源三、幾種典型的干涉儀——頻率相同光矢量振動(dòng)方向垂直紙面S1和S2相干子光源——P點(diǎn)光強(qiáng)的計(jì)算——兩光到P點(diǎn)光程差考慮到兩列光波在P點(diǎn)相差P點(diǎn)的光強(qiáng)干涉相長干涉相消P點(diǎn)的光強(qiáng)暗條紋位置明條紋位置明條紋位置暗條紋位置干涉條紋特點(diǎn)明條紋暗條紋1)平行雙縫明暗相間的條紋2)相鄰明條紋或暗條紋的間距——等間距條紋3)白光光源——除中央零級(jí)條紋為白色外兩邊對(duì)稱分布為彩色條紋______光譜——同一級(jí)干涉條紋波長短的條紋__距離中心越近

明條紋的位置洛埃德鏡(Lloyd'smirror)實(shí)驗(yàn)——來自S1的光波和來自反射面(來自虛光源S2)的光進(jìn)行干涉形成干涉條紋半波損失——光以掠射入射角從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)反射光相對(duì)于入射光的相位發(fā)生π相變——S1和S2光在M點(diǎn)相差為零__P點(diǎn)應(yīng)為干涉相長——實(shí)際為暗條紋——兩光在P點(diǎn)相位相反

π相變——半波損失——光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)——反射光有半波損失

透射光無半波損失——光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)——反射光和透射光

均無半波損失半波損失——發(fā)生的條件——光以近似垂直___或掠射介質(zhì)表面2薄膜等厚干涉____劈尖干涉____干涉熱漲儀空氣劈尖_____上表面反射光——

無半波損失下表面反射光——

有半波損失——來自上表面的反射光1’

和下表面的反射光2’干涉劈尖干涉結(jié)果討論1)條紋定域——兩束反射光在上表面相遇干涉條紋位于劈尖上表面2)相鄰條紋對(duì)應(yīng)薄膜厚度3)條紋的間距——明條紋或暗條紋4)θ增大或減小__條紋間距減小或增大5)

h=0——最小級(jí)條紋

h=hmax——最大級(jí)條紋——等厚干涉應(yīng)用——微小長度測量固體線膨脹系數(shù)測定

3薄膜等厚干涉——牛頓環(huán)——曲率半徑很大的平凸透鏡置于一塊平玻璃板上兩者位于折射率為n的介質(zhì)中——單色光垂直入射平凸透鏡的上表面——在平凸透鏡下表面形成明暗相間的同心圓環(huán)

——平凸透鏡下表面和

平玻璃板上表面的兩束光進(jìn)行干涉牛頓環(huán)干涉原理與實(shí)驗(yàn)裝置——在平凸透鏡下表面形成明暗相間的同心圓環(huán)

——牛頓環(huán)半徑和平凸透鏡曲率半徑以及波長的關(guān)系

——幾何關(guān)系上下表面