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高中物理竞赛辅导参考资料之19-光的干涉


光的干涉

本章内容

Contents

chapter 19

相干光 光程 coherent light optical path 分波阵面干涉 wavefront-splitting interference 分振幅干涉 amplitude-splitting interference

迈克耳孙干涉仪 Michelson interferometer

光波

可见光

常用单色光源

第一节
19-1

coherent light optical path

光干涉的必要条件

相干光

光程

光程差与相位差

透镜无附加光程差

续上

分波面与分振幅

第二节
19-2
wavefront-splitting interference

19-2

杨氏双缝干涉

条纹间距关系式

洛埃镜实验

紧靠镜端处总是产生暗纹,说明在镜端处反射光与入射光 的相位差为 ,相当于光程差 ,称为 半波损失。

双面镜实验

双棱镜实验

分波面法小结

第三节
19-3
amplitude-splitting interference

分振幅干涉

平行平面膜反射

反射条件

总光程差公式

平行平面膜透射

透射附加光程差

等倾干涉条纹

平行膜例一

算例

续上

防反(增透)膜

增反膜

多层增反膜例题

非平行膜等厚干涉

劈尖干涉

垂直入射总光程差

劈尖等厚条纹

劈尖厚度变化

劈尖夹角变化

劈尖例一 3.0mm
充油( )后测得 2.1mm

1.055 1.43

(rad)

劈尖例二

920 (nm)

牛顿环

在牛顿环实验中

牛顿环例题 nm 589
暗环

4.00 mm 6.00 mm

6.79 m

第四节
19-4 Michelson interferometer

迈克耳孙干涉仪

等倾和等厚光路

吐级

吞级

移级

随堂小议 请在放映状态下点击你认为是对的答案
一折射率为 n , 厚度为e 的平面平行膜被一折射率为 n ' 的 媒质包围。有一单色平行光垂直于薄膜的上表面入射,从薄 膜上、下表面反射的两束光发生干涉,若 n﹥ n ' ,且入射光 在 n '媒质中的波长为 l ' ,则两反射光的程差为

(1)2ne;
l' (2)2ne ?
2n ' l' (3) 2ne ? n 2
'

;
;

l' (4) 2ne? n

。 2
结束选择

小议链接1 请在放映状态下点击你认为是对的答案
一折射率为 n , 厚度为e 的平面平行膜被一折射率为 n ' 的 媒质包围。有一单色平行光垂直于薄膜的上表面入射,从薄 膜上、下表面反射的两束光发生干涉,若 n﹥ n ' ,且入射光 在 n '媒质中的波长为 l ' ,则两反射光的程差为

(1)2ne;
l' (2)2ne ?
2n ' l' (3) 2ne ? n 2
'

;
;

l' (4) 2ne? n

。 2
结束选择

小议链接2 请在放映状态下点击你认为是对的答案
一折射率为 n , 厚度为e 的平面平行膜被一折射率为 n ' 的 媒质包围。有一单色平行光垂直于薄膜的上表面入射,从薄 膜上、下表面反射的两束光发生干涉,若 n﹥ n ' ,且入射光 在 n '媒质中的波长为 l ' ,则两反射光的程差为

(1)2ne;
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2n ' l' (3) 2ne ? n 2
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结束选择

小议链接3 请在放映状态下点击你认为是对的答案
一折射率为 n , 厚度为e 的平面平行膜被一折射率为 n ' 的 媒质包围。有一单色平行光垂直于薄膜的上表面入射,从薄 膜上、下表面反射的两束光发生干涉,若 n﹥ n ' ,且入射光 在 n '媒质中的波长为 l ' ,则两反射光的程差为

(1)2ne;
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2n ' l' (3) 2ne ? n 2
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。 2
结束选择

小议链接4 请在放映状态下点击你认为是对的答案
一折射率为 n , 厚度为e 的平面平行膜被一折射率为 n ' 的 媒质包围。有一单色平行光垂直于薄膜的上表面入射,从薄 膜上、下表面反射的两束光发生干涉,若 n﹥ n ' ,且入射光 在 n '媒质中的波长为 l ' ,则两反射光的程差为

(1)2ne;
l' (2)2ne ?
2n ' l' (3) 2ne ? n 2
'

;
;

l' (4) 2ne? n

。 2
结束选择

多个相干点源干涉

N 个初相相同
的相干点光源

相邻两光线的光程差

相应的相位差

主极大与次极大

相邻两光线在 P 点的相位差 设各光线在 P 点的振幅大小均为 用旋转矢量法求 N 个振动的合成振幅大小 先粗略了解



的变化概貌

同向叠加 (主极大)

自行封闭

同向叠加 (主极大)

同向叠加 (主极大)

自行 封闭

位于相邻 两零值间 (次极大)

自行 封闭

同向叠加 (主极大)


各旋转矢 量的垂直 平分线的 公共交点

的普遍关系



合成振幅公式

同向叠加。用罗彼塔法则得 主极大 当 旋矢自行封闭 在两个相邻的主极大之间, 存在 个 ,从而 存在 个次极大(处于每 两相邻零值位置的中间)。据 此可应用 公式算出次极大 的幅值,可以发现,当 N 增大 时,次极大相对于主极大迅速 变小。

相邻两光线的相位差

设相干点光源的强度相同, 而且 已给定,随 N 的增 大,屏幕上主极大处的条纹越 清晰明亮,次极大处的条纹相 对越来越暗,甚至不被察觉。

附图一

N=2

N=3
N=4 N =10

N 很大

-2

-1

0

1

2

N 增大,主极大条纹变亮变窄,次极大数目变多而相对强度变小。

附图二

N=2 N=3 N=4 N =10 N 很大

N个相干线光源干涉条纹示意图


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