光学设计性试验论文

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1、2010-2011学年度光学综合设计性实验《光的干涉》题目：《相干光的获得方法》学院：物理电气信息学院专业：物理师范姓名：王翔学号:12009243937合作者：王斌鑫、马小花指导教师：严群英日期：2010年12月　14目录一、研究光的干涉的意义31、光的波动32、干涉的应用3二、光的干涉理论基础31、光的单色性和相干性。32、理论基础4<1>、分波面法4<2>、分振幅法4三、实验方案5四、获得相干光的方法。6五、杨氏双缝干涉71、实验原理：72、干涉图样8六、菲涅尔双棱镜干涉91、实验原理92、干涉图样103、数据分析11七、劳埃德镜干涉111、实验原理112、干涉图

2、样133、数据分析13八、实验结果14九、心得体会14十参考文献：1414摘要对于光的本性的认识,几个世纪以来始终存在着激烈的争论,光的波粒二象性是两种学说相互妥协的结果。在解释一些现象如干涉和衍射时,人们就用波动说去解释,而对另一些现象如光电效应就用微粒说去说明。这种既是微粒又是波的存在在观念上确实叫学生们不容易接受,其原因是到现在为止还没有一种理论能很好地把波动和微粒统一在一个模式下。本文正是从这样一种出发点来探讨光的本性。关键字：光的干涉、杨氏双缝、双棱镜、劳埃德镜一、研究光的干涉的意义1、光的波动物体发射光时损失能量，吸收光时获得能量，光在物质中传播时能量从物质

3、的一部分迁移到另一部分，这种迁移可能依靠波动，也可能依靠移动着的微粒。波动的特征是能量以振动的形式在物质中转移，物质本身并不随着移动，相反的，依靠微粒来迁移能量。干涉现象无可辩驳的肯定了光的波动性，实际上这个结论还可以推广到其他现象：凡强弱按移动分布的干涉图样出现的现象，都可以作为该现象具有波动本性最可靠、最有力的实验证据。2、干涉的应用测量不同频率的光的波长、测量牛顿环的曲率半径、测量物体的平整度二、光的干涉理论基础1、光的单色性和相干性。光源的发光机制一般是相当复杂的，不过发光终究是由于分子或原子的能态被外界能量激发而吸收能量以后，再从高能态返回低能态而放出能量的过

4、程。对于热光源来说，分子或原子的激发是通过热碰撞而实现的，然后再间歇地辐射出电磁波来，一般这种激发与辐射过程是相当参错不齐的，只满足某些统计性的分布规律。因此一14般的光源所发出的光总是具有一定的频宽。如果我们为了在比较简单的情况下来研究光，常常需要单色光，也就是具有一个确定频率的光束，一般使用的方法，首先是尽量选择单色性比较好的光源，也就是频宽比较窄的光源，然后再应用色散来选择所需要的频率的光。光的相干现象本质上是来源于波动的叠加性，要希望观察到光波的空间干涉现象，首先要求是单色光，以光波的电场强度分量为例，只要画出单色光的E的空间分布图形，就可以发现两列波在空间重叠

5、而发生相干的必要前提是：（1）频率相同（2）振动方向相同。（3）周相相同，或周相差保持不变。显然一般光源在下列情况下所发出的光都是无法满足这个条件的：（1）两个不同光源所发出的光；（2）同一个光源的不同部分所发出的光。（3）同一个光源的同一个部分（甚至同一个原子）在不是同一个时刻所发出的光。2、理论基础<1>、分波面法将点光源的波阵面分割为两部分，使之分别通过两个光具组，往反射、折射、或衍射反交迭加起来，在一定区域形成干涉。由于波阵面上任一部分间可看作新光源，且同一波阵面的各个部分有相同的位相，所以被分离出来的部分波阵面可看作初相位相同的光源，不论点光源的位相改变的如何

6、快，这些光源的初相位差事恒定的。<2>、分振幅法当一束光投射到两种媒介的分界面上，光的一部分入射，另一部分折射，最简单的分振幅干涉装置是薄膜干涉，由于薄膜上下表面的反射光源来自同一入射光的两部分，经不同路径有恒定的相位差。14三、实验方案光的干涉光的波动性理论基础分波阵面法分振幅法杨氏双缝干涉菲涅尔双棱镜干涉劳埃德镜干涉薄膜干涉14四、获得相干光的方法。在激光出现以前，人们为了要获得相干光，主要的思路是选择尽量细的一束光，使得它的来源尽量保证在光源的同一个部分，然后把这一束光分成两束，再使这两束光在空间重叠而发生相干现象。我们需要了解三种依据这种思路而获得相干光的方法：

7、（一）杨氏双缝。（二）菲涅耳双镜。（三）洛埃镜。这三种方法的共同特点就是尽量做到把一束光的同一个波阵面分成两束光来。产生干涉明暗条纹的条件。根据光的波动图象，可以很好地分析干涉现象。我们可以应用波动图象计算双缝干涉中观察到的明暗条纹的分布与波长以及干涉中的几何尺寸的关系，从中可以看出对这两束光必须要求什么样的条件才能满意地观察到干涉条纹。如图所示：设在一个时刻到达两个小孔的是同一个波阵面，根据惠更斯原理，在每一个小孔处都可以看成是一个波源，这两个波源所发出的波由于是属于同一个波阵面，所以它们的频率相同，振动方向相同，周相也相同，是属于相干