第十一章第十一章 波动光学波动光学托马斯杨托马斯杨菲涅尔菲涅尔麦克斯韦麦克斯韦桂电大物AII重修干涉课件P21基态基态激激发发态态跃迁跃迁自发辐射自发辐射普通光源的发光机制：普通光源的发光机制：桂电大物AII重修干涉课件振幅分割法振幅分割法相干光的产生：相干光的产生：波阵面分割法波阵面分割法*光源光源桂电大物AII重修干涉课件p实实 验验 装装 置置杨氏双缝干涉实验：杨氏双缝干涉实验：波程差波程差 减弱减弱加强加强桂电大物AII重修干涉课件杨氏双缝干涉条纹特点：杨氏双缝干涉条纹特点：1、中央为明纹、中央为明纹2、条纹等间距、条纹等间距3、波程差、波程差条纹的级数和条纹的级数和k的值不一定吻合的值不一定吻合数条纹的数目不能既数明纹又数暗纹数条纹的数目不能既数明纹又数暗纹桂电大物AII重修干涉课件思考：思考：1cm图中出现了几条完整的明纹和几条完整的暗纹？图中出现了几条完整的明纹和几条完整的暗纹？条纹宽度是多少？条纹宽度是多少？明纹宽度明纹宽度暗纹宽度暗纹宽度桂电大物AII重修干涉课件一双缝实验中两缝间距为一双缝实验中两缝间距为0.15mm0.15mm，在，在0.1m0.1m处测处测得两条得两条5 5级暗纹之间的距离为级暗纹之间的距离为3.6mm3.6mm，求所用单色光，求所用单色光的波长。若改用的波长。若改用450nm450nm波长的单色光照射，在距屏幕波长的单色光照射，在距屏幕中心中心1.05mm1.05mm处会出现第几级条纹？处会出现第几级条纹？ 例例1：两条两条5 5级暗纹之间的距离为级暗纹之间的距离为9 9个条纹宽度个条纹宽度出现四级暗纹出现四级暗纹桂电大物AII重修干涉课件若若 变化，则变化，则 将怎样变化？将怎样变化？桂电大物AII重修干涉课件若若 变化，则变化，则 将怎样变化？将怎样变化？桂电大物AII重修干涉课件p用白光光源进行双缝实验，用纯红色滤光片遮盖一用白光光源进行双缝实验，用纯红色滤光片遮盖一条缝，纯蓝色滤光片遮盖另一条缝；条缝，纯蓝色滤光片遮盖另一条缝；思考：思考：进行下列操作，双缝干涉条纹将怎样变化？进行下列操作，双缝干涉条纹将怎样变化？p将整套装置浸入水中；将整套装置浸入水中；p将光源和双缝一起向上平移；将光源和双缝一起向上平移；p光源不动，双缝稍向上平移；光源不动，双缝稍向上平移；无干涉现象无干涉现象条纹上移条纹上移p用两根灯丝代替双缝；用两根灯丝代替双缝；无干涉现象无干涉现象桂电大物AII重修干涉课件p用白光光源进行双缝实验，用纯红色滤光片遮盖一用白光光源进行双缝实验，用纯红色滤光片遮盖一条缝，纯蓝色滤光片遮盖另一条缝；条缝，纯蓝色滤光片遮盖另一条缝；思考：思考：进行下列操作，双缝干涉条纹将怎样变化？进行下列操作，双缝干涉条纹将怎样变化？p将整套装置浸入水中；将整套装置浸入水中；p将光源和双缝一起向上平移；将光源和双缝一起向上平移；无干涉现象无干涉现象条纹变窄条纹变窄条纹上移条纹上移条纹上移条纹上移p用两根灯丝代替双缝；用两根灯丝代替双缝；无干涉现象无干涉现象p光源不动，双缝稍向上平移；光源不动，双缝稍向上平移；桂电大物AII重修干涉课件光程：光程：光程：光程：光程差：光程差：将光在介质中传播的将光在介质中传播的路程路程折算成在真空中传播折算成在真空中传播的路程。的路程。*P*桂电大物AII重修干涉课件例例2：S1 1, ,S2 2为两相干波源，它们到为两相干波源，它们到P P点的距离分别点的距离分别r1 1和和r2 2，路，路径径S S1 1P P垂直穿过一块厚度为垂直穿过一块厚度为t1，折射率为，折射率为n1的介质板的介质板，路径路径S2P垂直穿过一块厚度为垂直穿过一块厚度为t2，折射率为，折射率为n2的介质板，的介质板，其余部其余部分可看做真空，这两条路径的光程差等于（）分可看做真空，这两条路径的光程差等于（）（A）（B）（C）（D）桂电大物AII重修干涉课件例：例：如图：用波长为如图：用波长为的单色光照射双缝干涉实验装置。若将的单色光照射双缝干涉实验装置。若将一折射率为一折射率为n n，劈角为，劈角为的透明劈尖插入光线的透明劈尖插入光线2 2中，则当劈尖向中，则当劈尖向上移动时（只遮住上移动时（只遮住S2S2），屏上的干涉条纹将：），屏上的干涉条纹将： （填（填“变宽变宽”、“变窄变窄”、“上移上移”、“下下移移”等）；等）； 下移下移桂电大物AII重修干涉课件例：例：真空中波长为真空中波长为的单色光，在折射率为的单色光，在折射率为n n的介质中，从的介质中，从A A点点沿某一路径传播到沿某一路径传播到B B点，路径的长度为点，路径的长度为l，A A、B B两点光振动位相两点光振动位相差记为差记为，则：，则： （）（）（A A），（），（B B），），（C C），（），（D D），），桂电大物AII重修干涉课件例：例：在相同的时间内，一束波长为在相同的时间内，一束波长为的光在空气中和玻璃中：的光在空气中和玻璃中：（）（）（A A）传播的路程相等，走过的光程相等。）传播的路程相等，走过的光程相等。 （B B）传播的路程相等，走过的光程不相等。）传播的路程相等，走过的光程不相等。 （C C）传播的路程不相等，走过的光程相等。）传播的路程不相等，走过的光程相等。 （D D）传播的路程不相等，走过的光程不相等。）传播的路程不相等，走过的光程不相等。 桂电大物AII重修干涉课件AB透镜等光程原理：透镜等光程原理：AB焦平面焦平面透镜不产生附加的光程差透镜不产生附加的光程差桂电大物AII重修干涉课件薄膜干涉：薄膜干涉：当光线垂直入射时当光线垂直入射时 应用：应用： 增透膜、增反膜增透膜、增反膜 桂电大物AII重修干涉课件例：例：用折射率为用折射率为 n 的氟化镁在玻璃表面镀一层针对波长为的氟化镁在玻璃表面镀一层针对波长为 的的光的增透膜，则镀膜的最佳厚度为光的增透膜，则镀膜的最佳厚度为 （）（）（A） /n； （B） /(2n)；（C） /(4n) ； （D） /(8n) ；桂电大物AII重修干涉课件思考：思考：一层非常薄的肥皂膜（厚度远小于可见光的波长），折一层非常薄的肥皂膜（厚度远小于可见光的波长），折射率为射率为1.33。我们看上去会一片漆黑，没有任何反射光，。我们看上去会一片漆黑，没有任何反射光，如果把它覆盖在折射率为如果把它覆盖在折射率为1.50的玻璃片上，看上去会是的玻璃片上，看上去会是一片明亮，你能解释这种现象么？一片明亮，你能解释这种现象么？为什么我们观察不到日光照在窗玻璃上的干涉条纹？为什么我们观察不到日光照在窗玻璃上的干涉条纹？桂电大物AII重修干涉课件劈尖干涉：劈尖干涉：SM劈尖角劈尖角明纹明纹暗纹暗纹等厚干涉等厚干涉桂电大物AII重修干涉课件特点：特点：棱边为暗纹（或明纹）棱边为暗纹（或明纹）相邻条纹对应的厚度差：相邻条纹对应的厚度差：劈尖干涉：劈尖干涉：条纹宽度满足：条纹宽度满足：桂电大物AII重修干涉课件干涉条纹的移动干涉条纹的移动桂电大物AII重修干涉课件检验光学元件表面的平整度检验光学元件表面的平整度劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用干涉膨胀仪干涉膨胀仪桂电大物AII重修干涉课件例例7：有两个几何形状完全相同的劈尖，一个是空气中的玻璃有两个几何形状完全相同的劈尖，一个是空气中的玻璃劈尖，另一个是玻璃中的空气劈尖。当以波长相同的单色光劈尖，另一个是玻璃中的空气劈尖。当以波长相同的单色光分别垂直照射它们时分别垂直照射它们时 （）（）（A）空气劈尖的条纹间距比玻璃劈尖的大）空气劈尖的条纹间距比玻璃劈尖的大 ；（B）玻璃劈尖的条纹间距比空气劈尖的大）玻璃劈尖的条纹间距比空气劈尖的大 ；（C）两个劈尖的条纹间距相同）两个劈尖的条纹间距相同 ；（D）观察不到玻璃劈尖的干涉条纹）观察不到玻璃劈尖的干涉条纹 。桂电大物AII重修干涉课件例：例：标准平板标准平板 待测平板待测平板 用劈尖干涉来检验工件的平整用劈尖干涉来检验工件的平整度，观察到干涉条纹如图所示。已度，观察到干涉条纹如图所示。已知条纹弯曲部分的顶点恰好与右边知条纹弯曲部分的顶点恰好与右边相邻的明条纹的直线部分相切，则相邻的明条纹的直线部分相切，则（）（）（A）有一凹陷的槽，深为）有一凹陷的槽，深为/4/4；（B）有一凹陷的槽，深为）有一凹陷的槽，深为/2；（C）有一凸起的梗，高为）有一凸起的梗，高为/4；（D）有一凸起的梗，高为）有一凸起的梗，高为/2；桂电大物AII重修干涉课件劈尖干涉的应用劈尖干涉的应用空气空气 测细丝的直径测细丝的直径测薄膜的厚度测薄膜的厚度桂电大物AII重修干涉课件例：例：用波长为用波长为的单色光垂直照射折射率为的单色光垂直照射折射率为 n n2 2 的劈形膜，的劈形膜，图中各部分折射率的关系为图中各部分折射率的关系为 n n1 1 n n2 2 n n3 3，观察反射光的干，观察反射光的干涉条纹，从劈形膜顶开始向右数第涉条纹，从劈形膜顶开始向右数第 条暗纹中心所对应的条暗纹中心所对应的厚度是多少？厚度是多少？第条暗纹：第条暗纹： 第条暗纹：第条暗纹： 第条暗纹：第条暗纹： 第条暗纹：第条暗纹： 桂电大物AII重修干涉课件例：例：在半导体光刻技术中，需要先在硅片上镀一层在半导体光刻技术中，需要先在硅片上镀一层薄膜。为测量膜厚度，可将加工成劈形膜形状。已薄膜。为测量膜厚度，可将加工成劈形膜形状。已知的折射率为知的折射率为n1，劈形膜的长度为，劈形膜的长度为L，用波长为，用波长为的的单色光垂直照射。结果在显微镜下共读出单色光垂直照射。结果在显微镜下共读出N条干涉明纹。条干涉明纹。则膜的厚度是多少？则膜的厚度是多少？桂电大物AII重修干涉课件牛顿环干涉图样牛顿环干涉图样显微镜显微镜SL M半透半透半反镜半反镜T牛顿环牛顿环桂电大物AII重修干涉课件Rrd暗环半径暗环半径明环半径明环半径牛顿环牛顿环明纹明纹暗纹暗纹桂电大物AII重修干涉课件思考：思考：为什么牛顿环干涉中两相邻条纹间的距离不相等？如果为什么牛顿环干涉中两相邻条纹间的距离不相等？如果要相等应该对透镜作怎样的处理？要相等应该对透镜作怎样的处理？ 在平凸透镜向上移动的过程中，干涉条纹如何变化？在平凸透镜向上移动的过程中，干涉条纹如何变化？ 劈尖厚度的变化不均匀劈尖厚度的变化不均匀 将透镜做成圆锥形将透镜做成圆锥形 向圆心收缩向圆心收缩 若将显微镜移到平板玻璃下面，则观察到的干涉条纹有若将显微镜移到平板玻璃下面，则观察到的干涉条纹有何不同？何不同？ 原明纹处出现暗纹，原暗纹处出现明纹原明纹处出现暗纹，原暗纹处出现明纹 桂电大物AII重修干涉课件思考：思考：桂电大物AII重修干涉课件例：例：如图所示，用平凹如图所示，用平凹透镜代替平凸透镜做牛透镜代替平凸透镜做牛顿环实验，请画出在平顿环实验，请画出在平板玻璃上方观察到的干板玻璃上方观察到的干涉条纹，只画暗纹，表涉条纹，只画暗纹，表示出它们的形状、条数示出它们的形状、条数和疏密和疏密。桂电大物AII重修干涉课件练习：练习：把牛顿环装置的平凸透镜和平板玻璃（折射率把牛顿环装置的平凸透镜和平板玻璃（折射率n1=1.5）之间的空气换成水（折射率之间的空气换成水（折射率n2=1.33），求第），求第k个暗环半径的个暗环半径的相对改变量。相对改变量。 桂电大物AII重修干涉课件单单色色光光源源反反射射镜镜反射镜反射镜与与 成成 角角补偿板补偿板 分光板分光板 移动导轨移动导轨迈克尔孙干涉仪迈克尔孙干涉仪桂电大物AII重修干涉课件迈克尔孙干涉仪迈克尔孙干涉仪反反射射镜镜反射镜反射镜单单色色光光源源光程差光程差 的像的像桂电大物AII重修干涉课件迈克尔孙干涉仪迈克尔孙干涉仪桂电大物AII重修干涉课件 在迈克尔孙干涉仪的一个臂中，放入一片折射率为在迈克尔孙干涉仪的一个臂中，放入一片折射率为n n的的透明介质薄膜后，观察到条纹移动了透明介质薄膜后，观察到条纹移动了1 1条。已知入射光波长条。已知入射光波长为为 ，则薄膜的厚度是，则薄膜的厚度是 （ ）（A A）/2 /2 （B B）/2n /2n （C C）/n /n （D D）/2(n-1)/2(n-1)D D例：例：桂电大物AII重修干涉课件分波阵面法分波阵面法杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉劳埃德镜劳埃德镜分振幅法分振幅法等厚干涉等厚干涉劈尖干涉劈尖干涉牛顿环牛顿环光程差：光程差：条纹宽度：条纹宽度：与杨氏双缝干涉图像相反与杨氏双缝干涉图像相反光程差：光程差：干涉小结：干涉小结：相邻条纹对应的厚度差：相邻条纹对应的厚度差：桂电大物AII重修干涉课件