1、一、光源 光的相干性,1.光是一种电磁波,光矢量,在光波中，产生感光作用和生理作用的是电场强度，通常把 称为光矢量， 的振动称为光振动.,2.单色光,具有单一频率或波长的光称为单色光.,实际上频率范围较窄的光，就可以近似地认为是单色光.光的频率范围越窄，其单色性越好.,3.复色光,具有各种频率的光称为复色光.,普通发光体包含着大量分子或原子，各个分子或原子的辐射是彼此独立的，其发出的光具有各种频率.,4.普通光源的发光特点,这一跃迁过程所经历的时间很短，约为10-8s。,一个原子每一次发光只能发出一段长度有限、频率一定和振动方向一定的光波，这一段光称为一个波列。,波列,5.相干光的获得,从同一
2、光源上同一点发出的光，通过某种装置分成两束或多束光，使它们沿不同路径传播，然后再让它们相遇，则在相遇区域中就能产生干涉现象.,这种将一个点光源的波面分割为两束光，以获得相干光的方法称为波面分割法。,波面分割法,这种利用界面的反射和折射，将光矢量的振幅分为两部分，以获得相干光的方法称为振幅分割法。,振幅分割法,二、双缝干涉,1802年，英国科学家托马斯杨(Thomas Young),屏幕上出现明条纹中心的位置为：,对于O点,其余与k=1,2,对应的明条纹分别称为第一级、第二级、，明条纹.,相邻两明条纹中心间的距离称为条纹间距：,干涉明暗条纹是等距离分布的，要使 能够用人眼分 辨，必须使D足够大，
3、d足够小，否则干涉条纹密集， 以致无法分辨.,当单色光入射时，若已知d和D值，可通过实验测出条 纹间距 ，再根据 可计算出单色光 的波长。,当采用白光照射时，只有中央明纹是白色的(当x = 0，对任一波长的光均是明条纹中心)，其余各级明条纹呈现由紫到红的彩色条纹。,例9-1 在双缝干涉实验中，入射光的波长=546nm，两狭缝的间距d=1mm，屏与狭缝的距离D=40 cm.求： (1)第10级明条纹的位置；(2)相邻两明条纹的距离； (3)中央明纹上方第10级明条纹与下方第2级暗条纹的距离.,解:,将已知条件的单位统一,(1) 第10级明条纹在屏上位置,式中的正、负号表示第10级明条纹分别在中央
4、明纹的两侧.,(2) 相邻两明条纹的距离,(3) 中央明条纹上方第10级明条纹与下方第2级暗条纹的距离,三、光程和光程差,由于波传播一个波长的距离，相变化2，若光在介质中传播的几何路程为r,则相应的相变化为：,光在介质中的波长,光在真空中的波长,当光在介质中传播时，把折射率n和几何路程r的乘积称为光程。,物理意义：把单色光在介质传播的路程，折合成该单色光在真空中传播的路程。,1.光程,2.光程差,相差为：,光程差为：,3.光程差与相差的关系,4.两束相干光干涉加强、减弱的条件,5.透镜不引起附加光程差,使用透镜可改变光线的传播方向，但不会引起附加的光程差.,四、等厚干涉,1.劈形膜干涉,半波损
5、失,2 相邻两条明纹(或暗纹)在劈形膜表面的距离。,应用,劈形膜的干涉在生产实践中有很多的应用,干涉膨胀仪,温度改变，空气层的厚度改变，将有条纹的移动.因此，测出条纹移动的数目，就可测出劈形膜下表面的升高量(即样品尺寸的改变量)，由此可算出样品的热膨胀系数.,测量微小角度,例9-2 把金属细丝夹在两块平玻璃之间，形成空气劈尖，如图所示.金属丝和棱边间距离 为D=28.880mm.用波 长=589.3nm的钠黄光垂直照射，测得30条明条纹之间的总距离为4.295mm，求金属丝的直径d.,解：,由图示的几何关系可得,相邻两明条纹间距和劈尖角的关系为,因为很小,于是有,2.牛顿环,光程差,例9-3用
6、钠光灯的黄光(=589.3nm)做牛顿环实验，测得第k级暗环的半径 ,第(k+5)级暗环的半径 ，求所用平凸透镜的曲率半径R和暗环的级数k.,解：,由暗环半径公式,将上面两式平方后相减可得,五、增透膜和增反膜,1.增透膜,入射单色光在膜的两个表面上反射的两束光因干涉而互相抵消，这样就可以减少光的反射，这种使透射光增强的薄膜就叫增透膜.,2.增反膜,与增透膜相反，若镀膜层的厚度，恰好使单色光在膜的上、下表面上的反射光因干涉而加强，则这种使反射光加强的膜叫增反膜.,利用增反膜可制成反射率高达99以上的反射式滤色片.,六、迈克尔孙干涉仪,G1-半涂银镜,G2-补偿透镜,M1、 M2反射镜,E-眼及望远镜,M2,G1,G2,E,M1,M1,若入射单色光波长为，则每当M2 向前或向后移动2的距离时，就可看到干涉条纹平移过一条.所以计算视场中移过的条纹数目m，就可以算出M2 移动的距离x,由已知长度来测定光波的波长.历史上迈克尔逊曾 用此干涉仪测定红隔线的波长：,用已知波长的光波可以测定长度(即M2 移动的距离)，测量精度可达十分之一波长的数量级.,
