1、光的干涉

1.定義

在兩列光波的疊加區(qū)域，某些區(qū)域的光被加強(qiáng)，出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域的光被減弱，出現(xiàn)暗紋，且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉現(xiàn)象。

2.發(fā)生干涉的條件

兩列光波的頻率相同、相位差恒定和振動方向相同。

能發(fā)生干涉的兩列波稱為相干波。如果兩個光源發(fā)出的光能夠發(fā)生干涉，這樣的兩個光源稱為相干光源，相干光源可將同一束光分成兩列光而獲得。

3.明暗條紋糸件

亮紋：

暗紋： 

2 干涉條紋圖樣特征

1.雙縫千涉

①中央為亮紋，兩側(cè)是明、暗相間的條紋，且亮紋與亮紋間、暗紋與暗紋間的距離相等，即條紋寬度相等。

②相鄰兩條亮紋（或暗紋）間的距離，其中為兩條狹縫間的距離，為雙縫到屏的距離，為光的波長。此式表明，相同裝置，光的波長越長，相鄰兩條亮紋（或暗紋）間的距離越大。

③若用白光做實(shí)驗(yàn)，則中央亮紋為白色，兩側(cè)出現(xiàn)彩色條紋。彩色條紋顯示了不同顏色光的干涉條紋間距是不同的。

2.薄膜干涉

光照射到薄膜上，被膜的前、后表面反射的兩列光形成相干光。

①劈形薄膜厚度均勻變化時，干涉條紋是與劈棱平行的明暗相間的直條紋，相鄰條紋間距相等。

②某處兩反射光相遇時的路程差為該處薄膜厚度的倍，即。

③觀察薄膜干涉時觀察者與光源應(yīng)在薄膜的同側(cè)。

④白光發(fā)生薄膜干涉時形成的是彩色條紋。

3 薄膜干涉的兩種應(yīng)用

1.檢代工件表面的平整度

①裝置示意圖

②原理

某處有凸凹時該處兩反射光相遇時的路程差減小或增大，使干涉條紋發(fā)生彎曲。根據(jù)條紋彎曲的方向和程度，可判定該處的凸凹情況。

③判定

2.增透膜與增反膜

①增透膜

厚度：為增大視覺最敏感的綠光的透射膜的厚度為綠光在膜中波長的。

原理：從膜前后表面發(fā)生反射的兩列反射波干涉相消。

②增反膜

厚度：為減少紫外線的透射，眼鏡片上的增反膜厚度為紫外線在膜中波長的。

原理：膜前后表面引起的反射波相遇時干涉加強(qiáng)。

知識拓展

拓1 制約劈尖千涉條紋間距的因素

劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖甲所示，將一平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾人極薄的墊片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示。干涉條紋有如下特點(diǎn)：（1）任意一條亮條紋或暗條紋所在位置對應(yīng)的薄膜厚度相等；（2）任意相鄰亮條紋和暗條紋所對應(yīng)的薄膜厚度差恒定。

光線在空氣膜的上、下表面上反射，并發(fā)生干涉，從而形成干涉條紋。設(shè)空氣膜頂角為處為兩相鄰條紋，如圖所示，則兩處路程差分別為，。因?yàn)?/span>，所以。設(shè)條紋間距為，則由幾何關(guān)系得，即。在角很小時，有，則，可以看出，劈尖干涉中條紋寬度取決于入射光波的波長和劈尖頂角大小

拓2  牛頓環(huán)

凸透鏡的彎曲表面是個球面，球面的半徑叫做這個曲面的曲率半徑。把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上，讓單色光從上方射入（如圖），從上往下看凸透鏡，可以看到亮暗相間的圓環(huán)狀條紋。這個現(xiàn)象是牛頓首先發(fā)現(xiàn)的，這些環(huán)狀條紋叫做牛頓環(huán)，它是兩個玻璃表面之間的空氣膜引起的薄膜干涉造成的。

在一平玻璃板上放一曲率半徑很大的平凸透鏡，如圖所示，凸球面與平玻璃接觸并構(gòu)成尖劈形空氣薄膜。當(dāng)平行單色光垂直入射時，顯示的一組等厚條紋是以接觸點(diǎn)為圓心的同心圓環(huán)，就是牛頓環(huán)。

牛頓環(huán)所產(chǎn)生的干涉條紋的規(guī)律是越靠近中心，條紋的寬度越寬。這一點(diǎn)可用劈尖干涉的結(jié)論來理解。如圖，靠近中心處劈尖頂角減小，增大。

利用牛頓環(huán)可以精確檢測光學(xué)元件表面的精確度，可精密地測定壓力或長度的微小變化。

4 光的衍射

1.定義：當(dāng)光照射到小孔或障礙物上時，光離開直線路徑繞到孔或障礙物的陰影里去的現(xiàn)象，叫做光的衍射現(xiàn)象。

2.發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或小孔的尺寸跟光的波長相差不多，甚至比光的波長還要小。

3.形成原因：光的衍射是相干光波疊加的結(jié)果，當(dāng)光源發(fā)出的光照射到小孔或障礙物上時，小孔處可以看成許多點(diǎn)光源，障礙物的邊緣也可看成許多點(diǎn)光源（惠更斯原理）。這些點(diǎn)光源是相干光源，發(fā)出的光相干涉，在光屏上形成明暗相間的條紋。

5 衍射條紋圖樣特征

1.單縫行射

①單縫衍射條紋的分布是不均勻的，中央亮條紋與鄰邊的亮條紋相比有明顯的不同。用單色光照射單縫時，光屏上出現(xiàn)亮、暗相間的衍射條紋，中央亮條紋最寬最亮。用白光照射單縫時，中間是白色亮條紋兩邊是彩色條紋，其中最靠近中間的色光是紫光，最遠(yuǎn)離中間的色光是紅光。

②中央亮條紋的寬度及條紋間距跟入射光的波長及單縫寬度有關(guān)，入射光波長越長，單縫越窄，中央亮條紋的寬度及條紋間距就越大。

③縫變窄，通過的光能變少，而光能分布的范圍變寬所以亮紋的亮度降低。

2.圓孔衍射

①衍射圖樣中，中央亮圓的亮度最大，外面是亮、暗相間的圓環(huán)，但外圍亮環(huán)的亮度小，用不同的光照射時得到的圖樣也不一樣，如果用單色光照射時，中間為亮圓，外面是亮度越來越暗的亮環(huán)。如果用白光照射時，中間亮圓為白色，周圍是彩色圓環(huán)。

②中央是大且亮度最大的圓形亮斑，周圍分布著明暗相間的同心圓環(huán)，且越靠外，圓形亮條紋的亮度越弱，寬度越小。

③只有圓孔足夠小時，才能得到明顯的衍射圖樣。在圓孔由較大直徑逐漸減小的過程中，光屏依次得到幾種不同的現(xiàn)象——圓形亮斑（光的直線傳播）、光源的像（小孔成像）明暗相間的圓環(huán)（衍射圖樣）、完全黑暗。

④用不同色光照射圓孔時，得到的衍射圖樣的大小和位置不同，波長越長，中央圓形亮斑的直徑越大。

⑤白光的圓孔衍射圖樣中，中央是大且亮的白色光斑周圍是彩色同心圓環(huán)。

⑥圓孔越小，中央亮斑的直徑越大，同時亮度越弱。

3.圓盤衍射

①圓盤陰影區(qū)的中央有個亮斑—泊松亮斑。

②圓盤陰影區(qū)的周圍有明暗相間的圓形衍射條紋。

③亮環(huán)或暗環(huán)的間距隨半徑的增大而減小，即越向外條紋越窄。

6 光的偏振

1.自然光與偏振光

（1）自然光

若光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫自然光。

（2）偏振光

在垂直于傳播方向的平面上，只沿一個特定方向振動的光，叫偏振光。

2.偏振片與頭鎮(zhèn)方向

偏振片由特定的材料制成，每個偏振片都有一個特定的方向，只有沿著這個方向振動的光波才能通過偏振片，這個方向叫做“透振方向”。

3.兩種獲得偏振光的方法

（1）讓自然光通過偏振片。

（2）自然光射到兩種介質(zhì)的交界面，如果光入射的方向合適，使反射光線和折射光線之間的夾角恰好是時，反射光和折射光都是完全偏振光，且偏振方向相互垂直，反射光的振動方向垂直于入射光線與法線決定的平面，折射光的振動方向平行于入射光線與法線所決定的平面。

4.部分應(yīng)用

（1）拍攝水下、玻璃櫥窗內(nèi)等物體的像時，在鏡頭前安裝的消除反射光的偏振濾光片；

（2）立體電影；

（3）液晶顯示屏等。

溫馨提示

只有橫波才有偏振現(xiàn)象，光的偏振現(xiàn)象證明光是一種橫波。

自然光經(jīng)過反射或折射后會變成偏振光。除了從光源（如太陽、電燈等）直接發(fā)出的光以外，我們通常看到的絕大部分光都是不同程度的偏振光。

7 光的顏色與色散

1.光的顏色

（1）不同顏色的光，頻率不同，在同種介質(zhì)中傳播時波長不同，波速不同。

（2）光的顏色與頻率有關(guān)，當(dāng)光由一種介質(zhì)進(jìn)入一種介質(zhì)時頻率不變，故顏色不變。

2.光的色散

（1）概念：含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象叫做光的色散。

（2）光譜：含有多種顏色的光被分解后，各種色光按其波長的有序排列，就是光譜。

（3）雙縫干涉中的色散：由可知，對于不同波長的光，在屏上同一點(diǎn)相遇時不都是加強(qiáng)的，再由知不同波長的光形成的干涉條紋寬度是不同的。在用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，中央的是白色亮紋，但兩側(cè)出現(xiàn)的是彩色條紋，即發(fā)生了色散。

（4）薄膜干涉中的色散：在光的薄膜干涉中，前后表面反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一亮紋或同一暗紋出現(xiàn)在膜的厚度相同的地方。

肥皂泡的厚度并不均勻，不同波長的光，也就是不同顏色的光從肥皂泡的內(nèi)外表面反射后在不同的位置相互加強(qiáng)，所以肥皂泡看起來是彩色的。

（5）單縫衍射中的色散：在單縫衍射中，形成的衍射條紋的寬度與狹縫寬度、人射光波波長都有關(guān)系，在裝置不變時，人射光波波長越長，形成的衍射條紋越寬。因此白光入射時，各種單色光形成的衍射條紋寬度各不相同，就會出現(xiàn)彩色的條紋，發(fā)生色散。

（6）折射中的色散

棱鏡使光發(fā)生色散的原因是同種介質(zhì)對不同頻率的光的折射率不同，不同頻率的光通過棱鏡后的偏折程度不同。同種材料對紫光的折射率最大，對紅光的折射率最小。

（7）色散的意義：表明白光是由各種單色光組成的復(fù)色光。

8 激光

1.概念：激光是原子受激發(fā)產(chǎn)生的光。兩列相同激光相遇可以發(fā)生干涉，激光是相干光，激光是人工產(chǎn)生的光。

2.特性

（1）相干性好。所謂相干性好是指頻率單一，容易發(fā)生干涉現(xiàn)象。

（2）平行度非常好。與普通光相比，傳播相同距離激光束的擴(kuò)散程度小，光線仍能保持很大的強(qiáng)度，保持它的高能量。

（3）亮度非常高。它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量。如果把強(qiáng)大的激光束會聚起來，可使物體被照部分在不到千分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬攝氏度的高溫。

（4）單色性很好。激光的頻率范圍極窄，顏色幾乎是完全一致的。

3.應(yīng)用

（1）相干性好的應(yīng)用舉例：光纖通信，全息照相。

（2）平行度好的應(yīng)用舉例：激光雷達(dá)、讀盤。

（3）亮度高的應(yīng)用舉例：醫(yī)用激光刀，切割金屬等難熔物質(zhì)，激光育種，激光武器。

（4）單色性好的應(yīng)用舉例作為干涉行射的光源。

易混易錯

1.光的于涉和衍射的比較

2.自然光和偏振光的比較