Chapt13-1Interference-2015中文版讲解.ppt

* Chapter 13-1 光的干涉 §1 光作为波 Huygens原理 波前上任一点都可以作为次级球面波的点波源。经历 t 时间后，由各点发出的波构成的包络即为新的波前。 波速、波长和折射率 电磁波在媒质中的速度为 n为折射率。 当入射光束从媒质 1(e.g. air ) 进入媒质2 (e.g. a glass), 光束将有不同的速度(v1 , v2)或波长 (l1, l2) 。 从 Huygens原理,很容易证明 Snell 定律——折射定律 q1 q2 若 l 为真空入射光束的波长，ln 为同一光束在介质中的波长。它们的关系是 光束在媒质中的频率关系 即在媒质中频率并不改变，仅光速或波长变化。 波程差和位相差 平面波情况 L ray 1 ray 2 两光束通过真空 什么意思？能量？动量？ L ray 1 ray 2 n1 n2 光波通过两不同媒质的波程差 两光波位相差 为两波的波程差。 定义 波在传播路径上某点叠加时具有固定的位相差，则在该点可产生波的干涉现象，如同绳或弦上的干涉一样。 这种由不同波阵面到达空间某点而叠加产生的干涉称为分波阵面的干涉。 §2 分波阵面的干涉——杨氏双缝干涉 光学中，从一个光源出来的波同时到达两个或多个光阑，即可将一个波阵面分成两个或以上的波阵面，从不同波阵面到达空间某点都贡献一个波的叠加因子。叠加后产生光强的重新分布。这就是光学中分波阵面的干涉。 杨氏双缝干涉实验 T. Young (1773~1829) 分波阵面干涉 (Division of wavefront) Here the wavefront from a single source passes simultaneously through two or more apertures each of which contributes a wave at the point of superposition. k=+1 k=-2 k=+2 k= 0 k=-1 I S2 * * * S1 S 杨氏干涉是光为波的定性实验 Forming an interference pattern of max min 若 I1 = I2 = I0 , 则 根据两同方向同频率振动的矢量叠加关系，光强I1, I2的叠加为 或 即用波程差表示的干涉条件为 明暗条纹位置： S1 d S2 D ? ? d ? O x P E 位相差: ***By using the relation to show that x D d λ，D d~x D r2 r1 P O E x ? d s2 S1 ? d (m=0,1,2,3…) 亮纹bright fringes 暗纹dark fringes 干涉极大 干涉极小 (m= 0, ? 1, ? 2, ? 3…) 中央亮纹 明条纹的位置: 暗条纹的位置: (m=0,1,2,3…) D r2 r1 P O E x ? d s2 S1 ? d 讨论: 条纹间距or宽度 ?x=D?/d，对单色光条纹间距相等. (separation of fringes) (1) 条纹位置 和 形成的条件 d D, (2) ?x ? ?,复色光情况，明条纹有色散, 内紫,外红。 (3) ?x, d 以及 D 可以找到入射光的波长?。 （4） 光强分布 干涉并不 产生或消失能量，但可以使能量在屏上重新分布。 解: 若杨氏干涉实验中的一个缝后面置放一折射率为n=1.58的薄膜，使得中央亮纹从原来的位置移到原第七级明纹位置上，光的波长 ?=550nm， 求薄膜的厚度。 n ? 原来零级干涉条纹位置两束光没有位相差，在第7级两条纹处两光束的波程差为 d = 7 l。满足假定膜厚为 t, 薄膜使得原来零级条纹移动到第7级亮纹处，即使得两光束的波程差为: 例: §3. 分振幅干涉——薄膜干涉 1. 反射引起的相移: 有半波损失 无半波损失 折射并不引起相移，但在反射时根据反射面的折射率不同，可引起反射波的相移。 从波密媒质到波疏媒质反射时有半波损失，或说 p的相移。 Division of amplitude Here a beam of light or ray is reflected and transmitted at a boundary between media of different refractive indices. The incident, ref