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1、第十一章 光的干涉,武秀荣编 山西农业大学物理系,第十一章 光的干涉,1理解获得相干光的方法,掌握光程和光程差的概念及光程差和位相差的关系。学会从光程差的基本概念出发，分析、解决问题的方法。 2掌握杨氏双缝干涉的基本规律。能分析并确定杨氏双缝干涉条纹的位置及有关公式。 3掌握薄膜等厚干涉的分析方法和一般公式。半波损失的概念及其产生条件。能分析和确定薄膜干涉的两个典型实例，即劈尖和牛顿环的干涉条纹的规律。 4了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，熟悉迈克尔逊干涉仪的测长公式。,一、基本要求,6掌握光栅公式，会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。,5.了解惠更斯菲涅耳原理
2、 ,掌握夫琅和费单缝衍射规律。学会分析单缝夫琅和费衍射暗纹分布规律的方法半波带法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响，掌握衍射图样的特点。,7理解自然光和偏振光的概念，掌握产生偏振光和检验偏振 光的方法和原理;掌握马吕斯定律及布儒斯特定律，并能进行有关计算;掌握双折射现象的基本规律，了解惠更斯作图法。,一、 光的干涉,400nm 紫,760nm 红,11-1 光的干涉的一般 描述,2.光源 发射光波的物体称为光源。,1.光是电磁波。 可见光是能引起人的视觉的那部分电磁波。,光源,复色光：不同频率单色光的混合光称为复色光。,单色光：具有单一频率的光波称为单色光。,光波中的电振动矢量 称为光矢量
3、。,光源的发光特性,光源的最基本发光单元是分子、原子。, = (E2-E1)/h,E1,E2,能级跃迁辐射,波列长 L = c,是波列持续时间。,2.1 普通光源：自发辐射,独立（同一原子不同时刻发的光）,独立（不同原子同一时刻发的光）,2.2 激光光源：受激辐射,完全一样(频率、位相、振动 方向,传播方向),3.相干光的条件,频率相同、振动方向相、 相位差恒定。,4. 相干光的获得方法,同一光源,5. 光 程,相位差在分析光的干涉时十分重要，为便于计算光通过不同媒质时的相位差，引入“光程”的概念。,5.1 光 程,nr 光在媒质中传播的几何距离与其折射路率的乘积叫做光程,将同一时间内光通过不
4、同媒质时的传播(几何距离)折算为在真空中传播的情况.,光程 : = nd,光程 ： = ( ni di ),相同时间内,5. 2 光程差,5.3 反射光的相位突变和附加光程差,光从光疏射入光密媒质时,反射光有 相位突变，称半波损失，它相当于一个附加光程,5. 4等光程性,6. 光相干光加强减弱条件,注:上述加强减弱条件在计算时,可直接应用不需写波的表达式,解：,例1 如图，在S2 P 间插入折射率为n、厚度为d 的媒质。求：光由S1、S2 到 P 的相位差 。,发生附加光程差的条件：,n1 n3 或 n1 n2 n3,二、 杨氏双缝实验,x,相干光的获得：分波阵面法,d ，D d (d 10-
5、4m, D m),1. 光路原理图，现象：等间距明暗相间的条纹。,三、干涉明暗条纹的位置,2.1 波程差的计算,设实验在真空（或空气）中进行， 则波程差为：,明纹,暗纹,2.2 干涉明暗条纹的位置,明纹中心,暗纹中心,两相邻明纹（或暗纹）间距,(1) 一系列平行的明暗相间的条纹；,(3),2.3 条纹特点：,(2) 不太大时条纹等间距；,杨氏双缝实验第一次测定了波长这个重要的物理量。,(4) 白光照射，彩色条纹,例2 图示一种利用干涉现象测定气体折射率的原理图。在缝S1后面放一 长为I 的透明容器，在待测气体注入容器而将空气排出的过程中，屏幕上的 干涉条纹就会移动。通过测定干涉条纹的移动 数可
6、以推知气体的折射率，问,若待测气体的折射率大 于空气折 射率, 干涉条纹如何移动？,设l=2.0cm，光波波长 =589.3nm, 空气折射率为1.000276, 充以某种 气体后， 条纹移过20 条，这种气体的折射率为多少 (不计透明容器的器壁厚度) ?,解 ： 1.讨论干涉条纹的移动，可跟踪屏幕上某一条纹(如零级亮条纹), 研究它的移动也就能了解干涉条纹的整体移动情况.,当容器未充气时，测量装置实际上是杨氏双缝干涉实验装置。其零级亮纹出现在屏上与 S1 、S2 对称的P0点.从S1 、S2射出的光在此处相遇时光程差为零。,容器充气后，S1射出的 光线经容器时光程要增加， 零级亮纹应在 P0的上方某处 P出现，因而整个条纹要向上 移动。,2.按题义，条纹上移20条，P0处现在出现第20级亮条纹，因而有,光程 S1P0 - S2P0= nl - nl,n，n 分别为气体和空气的折射率，所以有,nl nl = N ,n= n+ / l,光程 S1P0 - S2P0=N 其中 N=20，为移过的条纹数，而,