高二物理竞赛课件：分波前干涉 (1)

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1分波前干涉杨氏双缝干涉实验是利用分波前法获得相干光的。杨氏就是托马斯·杨，曾是一位英国的天才。人们对托马斯·杨的评价是：他是一个将科学和艺术并列研究、对生活充满热望的天才，我们几乎可以这样说：他生命中的每一天都没有虚度。曾被誉为“世界上最后一个什么都知道的人”。

12托马斯·杨（ThomasYoung，1773～1829）英国医生、物理学家，光的波动说的奠基人之一。他不仅在物理学领域领袖群英、名享世界，而且涉猎甚广，光波学、声波学、流体动力学、造船工程、潮汐理论、毛细作用、用摆测量引力、虹的理论……力学、数学、光学、声学、语言学、动物学、埃及学……他对艺术还颇有兴趣，热爱美术，几乎会演奏当时的所有乐器，并且会制造天文器材，还研究了保险经济问题。而且托马斯·杨擅长骑马，并且会耍杂技走钢丝。

23一、杨氏实验用普通单色光源(如钠光灯)照射小孔s，s就成为点光源，发射球面波。在s之后的对称位置上安放另外两个小孔s1和s2，它们一般是处于同一平面上，这个平面就成了由s发出的球面波的波前。由s1和s2发出的光则是从同一波前上分离出来的两部分，无疑是相干的，它们在空间相遇，将发生干涉现象。1.实验装置

342.实验结果分析由图知=r2r1干涉项cos（2/）P点亮条纹条件即P点暗条纹条件即分析知：从s1和s2发出的波的初相位始终相同

45用x表示亮暗条纹位置，由图知将两式相减，得因2a、x都很小，近似有r2+r1=2D，上式变为2D=4ax,即将此式代入亮暗纹条件得亮纹中心位置暗纹中心位置

56根据以上计算结果有以下三个结论：1.屏C上出现的干涉条纹是以点o所对应的水平线为对称，沿上下两侧亮暗交替，等距离地排列。相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心的距离都是Dl/2a。2.与o所对应的水平线，处于x=0，一定是亮条纹的中心，这条亮条纹称为中央亮条纹。

673.假如用白光照射狭缝s，干涉花样是各种颜色的彩条。波长越短，条纹间距越小，所以最靠近水平线o的亮条纹应呈紫色，而红光的第一级亮条纹与水平线o的距离，与其它色光的第一级亮条纹相比为最大。而中央亮条纹仍呈白色。杨氏干涉可用于测量波长，也是光的波动性的实验依据。

78杨氏干涉条纹是等间距的，相邻亮（或暗）条纹间距都为若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。

89*二、对干涉条纹可见度的分析1.干涉条纹的可见度（也称衬比度或对比度）Imin=0时,清晰度为最高,V=1Imax=Imin时,干涉条纹消失,V=0定义

9102.空间相干性狭缝间距对干涉条纹的可见度有很大的影响，这可用光场的空间相干性来描述。光源上边缘到P点的光程差由于a、b远小于R，所以即∴所以由零级亮纹条件，即=0时，得

1011同理，光源下边缘有零级亮条纹宽度光屏上出现干涉条纹的条件是即对有一定宽度的光源，缝宽2a满足条件才能在光屏上得到可见度不为零的干涉条纹。3.时间相干性普通光源所发出的光波列长度为（0为相干时间，l0为相干长度）

1112干涉的必要条件是波列的两部分到达相遇点光程差应小于波列长度l0波列越长，光场的时间相干性越好。由于波长存在一定范围,干涉条纹之间发生相对位移k级条纹中心位置亮纹宽度当即可见度为零kc级亮纹光程差所以

1213可见度不为零的光程差的上限，是波列长度l0，于是这表示，波列长度l0与光源波长范围成反比，光源的单色性越好，波长范围就越小，波列就越长，光场的时间相干性就越好。

1314例1:在杨氏实验中，双缝间距为0.45mm，使用波长为540nm的光观测。(1)要使光屏C上条纹间距为1.2mm，光屏应离双缝多远？(2)若用折射率为1.5、厚度为9.0m的薄玻璃片遮盖狭缝S2，光屏上干涉条纹将发生什么变化？解:⑴由式得