大学物理下-Week-10-1-杨氏干涉.ppt

S S1 S2 双棱镜 P1 P2 2. 菲涅耳双棱镜 由两个顶角很小、底面相接的薄棱镜组成。 S1和S2为相干光源，重叠区内发生干涉 3. 劳埃德镜 P M A 在光程差为零的A点不是亮纹而是暗纹，说明两相干光在A点的振动相位差为?。原因是光在掠入射条件下从空气射向玻璃的镜面反射时发生了对应于半个波长的相位跃变。 杨氏干涉实验小结： （1）相邻两条明（暗）纹的间距 ?x=（D ? ? d） 条纹间距相等与级数无关，干涉图样是等间距明 暗相间条纹。 （2）条纹位置 x ? ? 若白光入射，得彩色条纹分布.中央为白色，其他各级由紫到红。 （3）? =( ?x d) ? D，可测出各种光波的波长 作业： 3.1 3.4 * * * 知识回顾： 当两列波相遇时，一定条件下在空间会形成稳定的强度周期性分布，这种现象称为干涉。 1）频率相同； 2）振动方向平行； 3）相位差恒定。 波的相干条件 相干叠加（干涉） 相长干涉 相消干涉 光波的干涉 对光波，由于光源原子发光机制的限制，一般情况下，空间一点处来自两个独立光源的光波不存在固定的相位差，不能形成干涉。 为了实现干涉，通常人为地将一个波列分布两个波列，这两个波列一定是相干波列。 分波前法 * 光源 分振幅法 3.3 分波前干涉 - 杨氏干涉实验 分波阵面干涉 可以测定光的波长 一、杨氏干涉实验 干涉图样 对称放置的双孔 屏幕 单色光源 单孔 (点光源) S S1 S2 光程差： P ?r 二、杨氏干涉实验装置和干涉强度分布 d ? ? ? 光强分布 其中 x k=+1 k=-2 k=+2 k= 0 k=-1 I 位置 位置 (3) 相邻两条亮纹或暗纹的间距 中央明纹 明纹 暗纹 若 I1 = I2 = I0 , 则 光强曲线 I 0 ? 2? -2? 4? -4? k 0 1 2 -1 -2 4I0 x 0 x1 x2 x-2 x-1 sin? 0 ? /d -? /d -2? /d 2? /d sin? = ?/d = k?/d 说明 杨氏当初实验时采用的不是孔,而是缝,S是一细狭缝,S1 和 S2 是与S平行的双缝. 可以把双缝看成是由许多双孔组成的. 由于双缝平行,这些双孔的间距都是d,形成的干涉条纹间距都相同,而且零级亮纹在中央重叠. 叠加的结果是增强了干涉效果,亮的条纹更亮. S S1 S2 讨论 (1) 屏上相邻明纹中心或相邻暗纹中心间距为: 一系列平行的明暗相间条纹 (2) 已知 d , D 及Δx, 可测?。 (3) Δx 正比 D/d 一般情况下 Dd 是观察到干涉条纹的一个前提。 明纹位置 暗纹位置 ?? ? 600 nm， D ? 1 m，?x ? 1 mm d ? 0.6 mm， D/d ? 10000/6 ? 103，即 Dd 例1：在杨氏干涉装置中，双孔间距为0.2 mm，双孔到屏幕的垂直距离为1 m。（1）若第一级到同侧的第四级明纹距离为7.5 mm，求入射光波长。（2）若入射光的波长为600 nm，求相邻两明纹间距。 解： 一定时，若? 变化 ，条纹宽度?x 将怎样变化？ （4）? 对干涉条纹的影响： D ? ?，条纹间距 ?， 但零级明纹位置都相同（零级明纹：?=0, k = 0, x = 0） 红光光强分布图 ? ? 700 nm 蓝光光强分布图 ? ? 460 nm 明纹位置 条纹间距 ? 对干涉条纹的影响为: 因波长不同，红光和蓝光的干涉条纹非相干叠加在一起。零级明纹重叠。 白光入射的杨氏双缝干涉照片 0级条纹在哪里？ 干涉条纹有什么特征？ 白光入射时，各种波长的干涉图样非相干叠加在一起。其干涉图样是在零级白色中央条纹两边对称地排列着几条彩色条纹。 用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d，缝面与屏幕距离为 D。 解 最先发生重叠的是某一级次的红光和高一级次的紫光, 两成分在此时具有相同的光程差，即： 一级以上开始重叠，所以清晰的可见光谱只有一级。 例2 可见光波长范围400 ~ 760 nm 。明纹条件为： 求 能观察到的清晰可见光谱的级次。 解法一：各种不同波长的干涉亮纹交错重叠得杂乱而不显条纹的条件是较长波长（λ1=λ+Δλ/2）成分的k级亮纹与较短波长（λ2=λ-Δλ/2）成分的k+1级亮纹相重合. 由于两成分在此时有相同的光程差Δ, 因此条纹消失的条件是: 例3 借助于滤光片从白光中滤出蓝绿色光作为杨氏干涉装置的光源，其波长范围 ，平均波长490 nm。试估算从第几级开始条纹变得无法辨认？ （P53: 例2）