第25.2讲 杨氏干涉.ppt

增大双缝间距，中央条纹明纹中心位置不变，其它各级条纹相应向中央明纹靠近，条纹变密。反之，条纹变稀疏。 改变入射光的波长，波长增大，条纹变稀疏。反之，条纹变密。 另外，还可以改变光源 S 位置， S 下移时，零级明纹上移，干涉条纹整体向上平移；而当 S 上移时，干涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。 如果改变双缝与屏幕间距也会引起条纹的变化。D 减小，中央明纹中心位置不变，其它各级条纹相应向中央明纹靠近，条纹变密。反之，条纹变稀疏。 若用白光光源，则在中心白色明纹的两侧附近可看到依稀的彩色干涉条纹。 * 一、杨氏双缝干涉 12.2 杨氏干涉 杨氏（Thomas Young）所作的演示光的干涉效应的实验，第一次把光的波动学说建立在坚实的实验基础上，杨氏根据他的实验推算出光的波长，第一次测定了这个重要的物理量。 1. 实验介绍 在单色光前放一小孔 S ，S 前又放有与 S 平行且等距离的两个小孔S1 和S2， S1和S2之间的距离很小（约为0.2mm）。 由S1和S2构成一对相干光源。 T.Young(1773-1829)英国医生、物理学家 在观察屏上（D约为1m以上）出现一系列稳定的明暗相间的斑点，即干涉花样。 这里采用的就是分割波阵面法。 S1 S2 S * * * D 杨氏双孔干涉实验 杨氏双缝干涉实验 ???????????? 2.观察报告 3. 杨氏干涉条纹定量分析 波程差 干涉加强 明纹位置 干涉减弱 暗纹位置 ①明暗相间的条纹对称分布于中心 o 点两侧。 4. 干涉条纹特点 ②相邻明纹和相邻暗纹等间距，与干涉级 k 无关。 两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。 方法一： 方法二： ③ D、d一定时，由条纹间距可算出单色光的波长。 5. 应用型问题 实测 物理学、光学工程中的问题 例： 已知 计算得： 讨论 λ：空间周期性 光波 ν：时间周期性 干涉条纹的空间周期性 可观测现象 物理本质 ① 在本质上，光波的空间周期性和干涉条纹的空间周期性互为表里。光波的波长极小，光的行波又以极快的速度传播。使我们很难观察这种空间周期性。但是可以通过干涉手段，将上述不易直接观察的现象加以转化、放大，并使之稳定下来。变为可仔细观察的图样。 ② 实测 给定λ 力学、工程测量中的问题 从上例看，双缝间距为10 -4 m 数量级，这本身已是不易精确观测的量。正好可用干涉法，对干涉条纹精确测量，再计算出双缝间距。 d=0.2mm; D=1.0m; λ1=400nm; λ2=600nm。 λ1暗纹中心与λ2明纹中心第一次重合在何处？ 解： 例题1 ： 重合点必须满足 所以 d=0.2mm; D=1.0m; λ1=400nm; λ2=600nm。 λ1明纹中心是否会与λ2暗纹中心重合？ 解： 例题2 ： 重合点必须满足 上式左边为偶数，右边为奇数。因而答案是否定的。 干涉现象决定于两束相干光的相位差 两束相干光通过不同的介质时， 相位差不能单纯由几何路程差决定。 光在介质中传播几何路程为 r，相应的相位变化为 二、光程与光程差 真空中的波长 介质中的波长 光程表示在相同的时间内光在真空中通过的路程 光程这个概念可将光在介质中走过的路程， 折算为光在真空中的路程 即： 定义： 称为光程差 光在真空中的波长 若两相干光源有初相差 两相干光源同相位，干涉条件直接讨论δ 加强（明） 减弱（暗） 从物点发出的不同光线，经不同路径通过薄透镜后会聚成为一个明亮的实像，说明从物点到像点,各光线具有相等的光程。 使用透镜不会引起各相干光之间的附加光程差 不同光线通过透镜要改变传播方向， 会不会引起附加光程差？ 已知 介质厚 h ，折射率 n，波长 ? 。 原来的零级条纹移至何处？ 解： 例题3 ： 从S1 和S2 发出的相干光至屏上任一点 对应的光程差 零级明条纹处是等光程点 所以零级明条纹下移 即 若原零级条纹移至原第 k 级明条纹处， 介质的厚度 h 为多少？ 解： 例题4 ： 原 k 级明条纹位置满足 有介质时零级明条纹移到原来第 k 级处 它必须满足 所以 因h0, 则原有k 0，即为负级次。 S 根据前面例 4 的结果，可以考虑中央明纹的位置变化，从而把握干涉条纹总体的变化。 （即等光程点） 若光源 S 不在系统中心，例如有微小上移 干涉条纹如何变化？ 例题5 ： 解： 显然 中央明纹 下移 二、其他分波阵面干涉 1.菲涅耳双面镜 3.洛埃镜 2.菲涅耳双棱镜 当屏幕移至镜的前端，从 S1和 S2 到 L点的几何程差为零，但观察到暗纹，验证了反射时有半波损失存在。 洛埃镜的原理在太阳