干涉:同频率,相差一定的两束光叠加后光强重新分布的现象。
薄膜干涉的两个重点是等倾干涉和等厚干涉
区分两种干涉的关键是,两种情况推得的光程差都是2nhcosi,研究等厚干涉时,我们令入射光的角度i=90度,这样光程差只与h有关;研究等倾干涉时,我们令h不变,此时改变的是i。
等厚干涉主要例子有空气劈尖和牛顿环。
当平行单色光垂直入射时,上下表面的反射光形成相干光。在空气劈尖中,等厚线是直线,故干涉图样是平行直线;在牛顿环中,等厚线是圆,因此条纹是同心圆环。
值得注意的是,在空气劈尖中,两相邻条纹的距离l,lsinθ=波长/2,θ确定了,所以l只与波长有关,入射光为单色光时,条纹等间距。
但是,牛顿环中,明暗条纹所对应的厚度d=r^2/2 r,d与条纹圆的半径的平方成正比,由函数图像可得,当r越接近r,干涉条纹越密集。
特别的是,牛顿环中心的空气厚度d=0,若无半波损失,则应该为亮纹。由于由光疏到光密,反射有半波损失,故中心为暗纹。
等倾干涉
通过改变入射角度(也是分振幅法的一种)来获得相干光。以相同角度入射的光产生的光束具有相同的光程差,从而对应于干涉图样中的一条条纹。公式好难打。。。
光程差δ=2d(n^2-n1^2sin^2i)^(1/2)
i越大,δ越小
此外,相邻明纹间距不等。类似牛顿环,中间疏,外密。但是,由于光线经历了两次光疏到光密的反射,故无附加光程差,中间为明纹。
应用有:
增透膜和增反膜
简言之,前者为了减少透镜的反射光,利用控制膜的厚度使得薄膜上下表面的反射光干涉相消。
后者就是干涉加强。
细节就是控制材料n的大小和顺序。emmmm有空续更
前面咱们研究了几何光学,从这一节开始咱们将研究波动光学。今天咱们讲光学第三节——《光的干涉》。
那么这节课的学习目标有三个,
第一,能够通过光的干涉现象理解光是一种波。
第二,知道杨氏干涉实验当中明暗条纹产生的原因
第三,掌握光的干涉发生的条件。
第一部分:光学发展史
从初中开始,我们就接触光。那么光的本质到底是怎样的?我们来梳理一下光学的发展历史。
17世纪已经形成了两个对立的学说,一种是微粒说,以牛顿为代表,认为光是一种微粒,认为光是小球样的一个个微粒。另外一种以惠更斯为代表,认为光是一种波,称为波动说。但是无论是微粒说还是波动说,都没有实验依据。靠着牛顿的威望,这一段时间微粒说占上风。
直到19世纪通过光的干涉,光的衍射实验证实了光的波动性,这样波动说就又占到了上风。
19世纪的末期,光电效应被科学家发现。爱因斯坦据此提出了光子说,解释了光电效应的实验,又证实了光具有粒子性。综上光是一种具有波粒二象性的物质。
第二部分:光的干涉实验。
1.知识回顾
前面我们在研究波的干涉时,得到两列波相干的条件:1频率相同,2振动方向相同,3相位差恒定。
回忆一下水波的干涉条纹是怎么形成的? 用两个固定的铁夹子,按照固定的频率往复振动。这样形成的频率相同,相位差恒定形成两列相干波。两列波干涉形成的这样的一个稳定叠加区。
2.杨氏双缝干涉实验
如果光也是波的话,也会有干涉现象。 最早发现光的干涉现象的是1801年英国物理学家托马斯.杨,他就通过这一套仪器观察到了光的干涉。
把这一套仪器简化,可得到这样的一个图形。
最左边是单色光的激光束,然后通过一个开有双缝的挡板。光通过这两个缝隙就形成两个新的波源。两列光波发生干涉,在屏上形成一个明暗相间的条纹。
托马斯.杨的双缝干涉实验,巧妙之处在于相干光源的获得。日常生活中两个光源发出的光,频率不相等相位差不恒定,不是相干光。
相干光必须有相同的频率和振动方向,还有恒定的相位差。一束通过细小单缝的光或者激光,通过双缝变成了两个相干光源,这时候它就可以形成明暗相间的干涉条纹。
3.明暗条纹的位置
哪个位置出现亮条纹,哪个位置出现暗条纹呢?
根据波的叠加原理,如果两列波波峰和波峰相对一定是加强,如果波峰和波谷相对一定是减弱。p1s1和p1s2为光程,二者存在着光程差。若光程差为整数倍的波长,也就是说当s1的光源到p1处为波峰时,s2光源在p1处也为波峰,这样一定是加强的,一定是亮条文。
在双缝干涉实验中,光屏上某点到双缝的路程差为半波长的偶数倍时,该点出现亮条纹;同理,光屏上某点到双缝的路程差为半波长的奇数倍时,两列波在此位置波峰对波谷,该点出现暗条纹.
4.两个相邻明(暗)条纹之间的间距
实验中我们发现:屏离挡板越远,条纹间的距离越大;实验所用光波的波长越大,条纹间的距离也越大;两狭缝距离越近,条纹间的距离也越大。
通过运用几何知识,计算可得相邻两个两条纹之间的距离为
d表示两个狭缝之间的距离,l为挡板与屏间的距离,*为波长。
如果我们用白光做双缝干涉实验的话,由于白光内各种单色光的干涉条纹间距不同,
我们会发现屏上不再是一个单色条纹,而是一个彩色条纹。
第三部分:薄膜干涉
1.薄膜干涉的原理
日常生活中我们经常见到薄膜干涉,如图可以看到铁环上肥皂泡膜出现了五彩的条纹,这个就是我们的薄膜干涉。
原因在于肥皂膜在重力作用下上薄下厚。光到达肥皂泡界面时,发生反射,这一束光在两个界面上发生了反射,这两个反射光频率相同频率,是两束相干光。
从膜的前、后表面反射的两列光波叠加,就出现了明暗相间的干涉条纹;若在白光照射下,则出现彩色干涉条纹。
2.薄膜干涉的应用
(1)增透膜:照相机、望远镜的镜头表面常镀一层透光的薄膜,薄膜的上表面与玻璃表面反射的光发生干涉.两束反射光相互抵消,反射光的能量减少,由于总能量守恒,透射光的能量必然得到增强。一般增透膜的厚度是光在薄膜介质中传播的波长的1/4,即d=1/4(λ)。
(2)用干涉法检查平面:如图甲所示,被检查平面 b与标准样板a之间形成了一个楔形的空气薄膜,用单色光照射时,入射光从空气薄膜的上、下表面反射出两列光波,形成干涉条纹。被检查平面若是平的,空气薄膜厚度相同的各点就位于一条直线上,干涉条纹平行;若被检查表面某些地方不平,那里的空气薄膜产生的干涉条纹将发生弯曲,如图乙所示。
第四部分:课堂小结
结语:以上就是我们这节课的所有内容。咱们今天的课就讲到这里,下课。
【基础回顾】?考点一 光的干涉现象的理解?1、光的双缝干涉现象的理解? (1)光能够发生干涉的条件:两光的频率相同,振动步调相同.? (2)双缝干涉形成的条纹是等间距的,两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比,即.? (3)用白光照射双缝时,形成的干涉条纹的特点:中央为白条纹,两侧为彩色条纹.?2、薄膜干涉现象的理解? (1)如图所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形.? (2)光照射到薄膜上时,在膜的前表面aa′和后表面bb′分别反射出来,形成两列频率相同的光波,并且叠加.? (3) 原理分析?①单色光? 在p1、p2处,两个表面反射回来的两列光波的路程差δr等于波长的整数倍. δr
还没有评论,来说两句吧...