第25.2讲 杨氏干涉

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1、一、杨氏双缝干涉12.2杨氏干涉杨氏（ThomasYoung）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。S1S2S***D杨氏双孔干涉实验杨氏

2、双缝干涉实验2.观察报告增大双缝间距，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。3.杨氏干涉条纹定量分析波程差干涉加强明纹位

3、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：方法二：③D、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

4、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10-4m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

5、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

6、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h>0,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

7、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物理的研究中有实际意义来自太阳的电磁辐射及其在海平面上的反射在海岸峭壁上的接受天线处会聚，条件合适的时刻，能接收到大大加强的干涉信号。澳大利亚天文学家首先将干涉现象用于天文观测实际的光源都不是理想的线光源，而是有一定的宽度，这对条纹的清晰度有很大的影响。例如在杨氏双缝干涉中，将缝光源S的宽度a逐渐增大*三、光源的线度对干涉的影响（光的空间相干性）屏上的干涉条纹会逐渐变模糊，直到最后完全消失。为什么会

8、有这种现象呢？下面就以双缝干涉为例，对这一问题作一简要地分析：将缝光源S可以看作是许多非相干的线光源所组成，这些线光源彼此平行，沿缝的程度方向依次排列，每一个线光源所发出的光通过