22 迈克尔孙干涉仪 单缝衍射.pptVIP

P.*/30 第15章 波动光学 P.*/54 第15章 波动光学 15.3.5 迈克耳孙干涉仪 迈克耳孙(A. A. Michelson, 1852—1931), 美国物理学家, 1883年与莫雷合作发明干涉仪. 1887年两人首次进行“迈克尔孙-莫雷实验”, 寻找以经典波动说为依据的光传播介质——以太. 以寻求开始, 以“失败”结束, 这一实验极大地推动了近代物理学的发展. 迈克尔孙干涉仪在近代科学技术中有重要应用, 利用光的干涉精确能够测量微小长度以及长度的细微变化. 迈克耳孙干涉仪实验装置 单色光源 反射镜 反射镜 , 且与 成 角 移动导轨 补偿板 分光板 迈克耳孙干涉仪工作原理 反射镜 反射镜 单色光源 光程差 的像 迈克耳孙等倾干涉 当 不垂直于 时, 形成劈尖型等厚干涉条纹. 反射镜 单色光源 反射镜 光程差 迈克耳孙等厚干涉 干涉条纹移动数目 迈克耳孙干涉仪的特点 1) 相干光束的光路完全分离; 2) 光程差可调节. 移动距离 移动反射镜 M1 光程差 光程差 插入介质片后光程差 光程差变化 干涉条纹移动数目 介质片厚度 例15-8. 在迈克耳孙干涉仪的两臂中, 分别插入玻璃管, 长度都是 l =10cm, 其中一个抽成真空, 另一个则储有压强为 1.013×105 Pa 的空气, 用以测量空气的折射率. 设所用光波波长为546nm. 实验时, 向真空玻璃管中逐渐充入空气, 直至压强达到 1.013×105 Pa 为止. 在此过程中, 观察到 107.2 条干涉条纹的移动, 试求空气的折射率. 解: l G M1 M2 真空 空气 波在传播过程中遇到障碍物, 能够绕过障碍物的边缘前进, 这种偏离直线传播的现象称为衍射现象. §15.4 单缝衍射 正四边形孔 单缝 正八边形孔 正六边形孔 正三边形孔 1. 光的衍射 15.4.1 惠更斯-菲涅耳原理 2. 惠更斯-菲涅耳原理 波前上每个面元都可看成是子波的波源, 子波源发出的子波在能够空间相遇, 空间任意一点的振动是所有子波在该点所产生振动的叠加. (有相互干涉) 假设介质处处均匀: 1) 子波在 P 点的振幅与距离 r 成反比. 2) 面积元 dS 与振幅成正比. 3) 振幅随 角增加而减小. 若取 t = 0 时刻波阵面上各点发出的子波初相为零, 则面元 dS 在 P 点引起的光振动: 当 当 称为倾斜因子 d S r P . S 惠更斯-菲涅耳原理解释了波为什么不向后传的问题, 这是单纯用惠更斯原理无法解释的. 衍射和干涉的对比: 1) 干涉和衍射都是光的波动性的表现. P 点的光振动(惠更斯-菲涅耳原理的数学表达): 当 当 称为倾斜因子 2) 光的干涉是指两束或有限束光的叠加, 使某些区域振动加强, 某些区域振动减弱, 形成明暗光强分布, 与光的直线传播不冲突. d S r P . S 4) 衍射现象是子波叠加时产生干涉的结果. 衍射是通过光的干涉得到证实的. 3) 光的衍射是光在空间传播时能够绕过障碍物, 在不同区域产生明暗光强分布, 与光的直线传播相冲突. 3. 菲涅耳衍射与夫朗禾费衍射 以光源, 衍射孔(缝), 屏三者的相对位置来区分. 菲涅耳衍射: 衍射孔(缝)到光源的距离或衍射孔(缝)到屏的距离, 至少一个为有限远. 也叫近场衍射. 衍射孔(缝) S * 屏 衍射和干涉的对比: 1) 干涉和衍射都是光的波动性的表现. 2) 光的干涉是指两束或有限束光的叠加, 使某些区域振动加强, 某些区域振动减弱, 形成明暗光强分布, 与光的直线传播不冲突. 夫朗禾费衍射: 衍射孔(缝)到光源和到屏的距离都是无限远, 即照射在衍射孔(缝)上的光和离开衍射孔(缝)的光都可以看成平行光. 也叫远场衍射. S * 屏 衍射孔(缝) 3. 菲涅耳衍射与夫朗禾费衍射 以光源, 衍射孔(缝), 屏三者的相对位置来区分. 菲涅耳衍射: 衍射孔(缝)到光源的距离或衍射孔(缝)到屏的距离, 至少一个为有限远. 也叫近场衍射. 衍射孔(缝) S * 屏 15.4.2 夫朗禾费单缝衍射 S * 屏 幕 单缝衍射实验原理图 A B x P C D E a 1. 分析方法: 菲涅耳半波带法 根据光路图, 观测屏上每一处都对应一个衍射角, 所有到达 P 点的光(衍射角θ)在该点处的干涉叠加决定 P 点的光强分布. 从 B 点向 AP 引垂线交于 C 点. 平行入射光在 AB 面上没有光程差, 从 P 点发出的光经过凸透镜到达 BC 面也没有