《大学物理》课程PPT教学课件（下册）第四篇 振动与波动 第十五章 波的干涉、衍射和偏振 §15.2 光的干涉（续）§15.3 惠更斯-菲涅耳原理

第四篇振动与波动 第15章波的干涉、衍射和偏振 第第四饼 本章共8讲

? 本章共8讲 第四篇 振动与波动 第15章 波的干涉、衍射和偏振

§15.2光的干涉(续) 光的相干性光程 分波面两束光的干涉 三、光的空间相干性 四、分振幅两束光的干涉 五、迈克尔孙干涉仪光的时间相干性 美国物理学家,主要从事光学和光谱学研究。以 毕生精力从事光速的精密测量,发明了千涉仪 硏制岀高分辨率的光谱学仪器,经改进的衍射光 栅和测距仪。1887年与E.W.莫雷合作,进行了 著名的迈克尔孙-莫雷实验。他首倡用光波浪长作 为长度基准,提出在天文学中利用干涉效应的可 能性,并且用自己设计的星体千涉仪测量了恒星 参宿四的直径。荣获1907年诺贝尔物理学奖 1852-1931

§15.2 光的干涉（续） 一、光的相干性 光程 二、分波面两束光的干涉 三、光的空间相干性 四、分振幅两束光的干涉 五、迈克尔孙干涉仪 光的时间相干性 1852——1931 美国物理学家，主要从事光学和光谱学研究。以 毕生精力从事光速的精密测量，发明了干涉仪， 研制出高分辨率的光谱学仪器，经改进的衍射光 栅和测距仪。 1887年与E.W.莫雷合作，进行了 著名的迈克尔孙-莫雷实验。他首倡用光波波长作 为长度基准，提出在天文学中利用干涉效应的可 能性，并且用自己设计的星体干涉仪测量了恒星 参宿四的直径。荣获1907年诺贝尔物理学奖

1迈克尔孙干涉仪 装置: -M,反射镜L M2 光源 反射镜2 平行光 半透 明镶自 补偿玻璃 银层 目镜 条纹特点: M垂直于M2→M1∥M;等倾干涉 M2不严格垂直于M1→M不平行于M2等厚干涉

1.迈克尔孙干涉仪 •条纹特点： M2不严格垂直于M1 M1 M2 → 不平行于  等厚干涉 M1垂直于M2 1 2 → M // M 等倾干涉 •装置： 反射镜1 反射镜 2 半透 明镀 银层 平行光 补偿玻璃板 M1 M2

等倾干涉条纹 M与M重合 M2 等厚干涉条纹

M1 M2 ' M2 ' M1 M2 ' M1 M1 等厚干涉条纹 等倾干涉条纹 M1 M1与M2 '重 合 M2 ' M2 ' M1

计算公式: 调节M位置,改变,从而改变4,引起条纹移动 M1每移动,A改变λ,视场中有一条纹移过 2n M1反射镜1 M △d=△N 光源 反射镜2 2n 平行光 1半透 1明镀 1补偿玻璃板 可测量107m的微小位移 银层 匚目镜

反射镜1 反射镜 2 半透 明镀 银层 平行光 补偿玻璃板 M1 M2 ' •计算公式： 调 节M1 位置，改变e,从而改变，引起条纹移动。 每移动 改 变，视场中有一条纹移过  , 2 1 n M n d N 2   =   可测量10-7m 的微小位移

2.光的时间相干性 若光程差太大,同一浪列分成的两列浪不能相遇, 不能形成干涉条纹 M M2 M2 G G M2 2 2 21 21 (a)属于同一光浪列的 (b)不同光浪列的两 两部分相遇发生干涉 部分相遇不能干涉

2.光的时间相干性 (a)属于同一光波列的 两部分相遇发生干涉 (b)不同光波列的两 部分相遇不能干涉 a 若光程差太大，同一波列分成的两列波不能相遇， 不能形成干涉条纹

最大光程差:△n<L=c·M 时间相干性 相干长度(浪列长度) 空间相干性 时间相干性 波源线宽度对干涉条纹的影波列长度对干涉条纹的 比晌,反映扩展光源不同部分影响,反映原子发光的 较发光的独立性 断续性 M2 a D

最大光程差: L c t m  =  相干长度（波列长度） 时间相干性 比 较 空间相干性 波源线宽度对干涉条纹的影 响，反映扩展光源不同部分 发光的独立性 时间相干性 波列长度对干涉条纹的 影响，反映原子发光的 断续性 a x

六、干涉应用举例 光的干涉条纹的形状、明暗、间距. 敏感依赖于:浪长、几何路程、介质情况 干涉现象广泛应用于: 测光波波长 测长度或长度变化 测介质折射率 检测光学元件表面,表面处理

六、干涉应用举例 光的干涉条纹的形状、明暗、间距…… 敏感依赖于：波长、几何路程、介质情况…… 干涉现象广泛应用于： 检测光学元件表面，表面处理 测光波波长 测长度或长度变化 测介质折射率 …

例:增透膜和增反膜 为什么一些照相机的镜头看上去是蓝紫色的? 较高级的照相机的镜头由6个透镜组成,如不采取 有效措施,反射造成的光能损失可达45%~90%。 为增强透光,要镀増透膜〔减反膜)。复杂的光学 镜头采用增透膜可使光通量增加10倍。 增透膜原理:使膜上下两表面的反射光满足相消条件。 相长:增反 相消:增透

例：增透膜和增反膜 为什么一些照相机的镜头看上去是蓝紫色的？ 较高级的照相机的镜头由 6 个透镜组成，如不采取 有效措施，反射造成的光能损失可达 45%~90%。 为增强透光，要镀增透膜（减反膜）。复杂的光学 镜头采用增透膜可使光通量增加 10 倍。 增透膜原理：使膜上下两表面的反射光满足相消条件。 相长：增反 相消：增透

计算:为增强照相机镜头的透射光,往往在镜头 (n3=1.52)上镀一层MgF2薄膜(n2=1.38),使对人 眼和感光底片最敏感的黄绿光4=550nm反射最小, 假设光垂直照射镜头,求:MgF2薄膜的最小厚度。 解 n <n,<n3 m2=1.38 △;=2n2d 12 2=1.52 相消条件: D反2n2d=(2k+2 2 (k=O,1,2…)

计算：为增强照相机镜头的透射光，往往在镜头 （n3=1.52）上镀一层 MgF2 薄膜（n2=1.38），使对人 眼和感光底片最敏感的黄绿光  = 550 nm 反射最小， 假设光垂直照射镜头，求：MgF2 薄膜的最小厚度。 解： n d2  反 = 2 1 2 3 0; n n n i    = 相消条件： 2 (2 1)  反 = 2n2 d = k + (k = 0,1,2) n1 = 1 n2 = 1.38 1.52 n3 = 