光波干涉条件和杨氏干涉实验.pptx

2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院1 12.1 干涉现象与干涉现象与 相干条件相干条件一、基本概念一、基本概念平均辐射强度平均辐射强度2、光程、光程 光程差光程差-）光程差光程差1、光矢量、光矢量 光强光强2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院2 真真空空中中波波长长为为 的的单单色色光光，在在折折射射率率 n 的的透透明明介介质质中中从从 A 传传播播到到 B，两两处处相相位位差差为为 3 ，则沿此路径则沿此路径 AB 间的光程差为间的光程差为 （A）1.5 （B）1.5n （C）3 （D）1.5/n 相位差相位差为为 3 的两点几何距离为的两点几何距离为1.5 介介，光程差为光程差为1.5 介介n=1.5 （A）1.5 介A B n分析：分析：例题例题2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院33、单色光、单色光 复色光复色光 准单色光准单色光实际波列有限实际波列有限长长复色光复色光间断振动间断振动 波列越长波列越长 单色性越好单色性越好单色光的波列无头单色光的波列无头无尾无尾 无始无终。无始无终。2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院4我开了两盏灯我开了两盏灯,为什么没看见为什么没看见干条纹干条纹？干涉是有条件的干涉是有条件的！二、相干光和相干条件二、相干光和相干条件1、波的独立性原理和叠加原理、波的独立性原理和叠加原理S2S12024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院52、相干条件、相干条件在交叠区在交叠区当当I12处处处处为为0 I=I1+I2 非相干叠加非相干叠加 不相干不相干I12不处处为不处处为 0 的条件的条件1）相同相同3）相位差）相位差是常量是常量 间的夹角间的夹角 不随不随t变化，且变化，且2）2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院63、相干叠加光强分布、相干叠加光强分布 只是空间的函数，只是空间的函数，因此光强在空间呈因此光强在空间呈稳定分布。稳定分布。在在=2m 处处 =(2m+1)处处 原原子子发发光光具具有有随随机机性性、间间断断性性，即即使使同同一一个个原原子子发发出出的的前前后后两两列列波波，也也很很难难保保证证同同时时满满足足三三个个相相干干条件。要获得相干光需要采取特殊的方法条件。要获得相干光需要采取特殊的方法.2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院74、获得相干光的主要方法获得相干光的主要方法分分波波阵阵面面 法法 具具有有确确定定相相差差的的波波阵阵面面上上的的两两个个次次级子光源是相干的。级子光源是相干的。分振幅干涉法分振幅干涉法2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院8托马斯托马斯杨（杨（Thomas YoungThomas Young）英国物理学家、医生和考古学家，英国物理学家、医生和考古学家，光的波动说的奠基人之一光的波动说的奠基人之一波动光学：波动光学：杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验生理光学：生理光学：三原色原理三原色原理材料力学：材料力学：杨氏弹性模量杨氏弹性模量考古学：考古学：破译古埃及石碑上的文字破译古埃及石碑上的文字 12.2 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院9SdD一、干涉结构一、干涉结构2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院10缝宽相等缝宽相等d二、二、光强分布光强分布 =2 m =（2 m+1）（明）（明）（暗）（暗）D结论：1、干涉条纹代表着光程差的等值线。2、相邻两个干涉条纹之间其光程差变化量为一个波 长l，位相差变化2p。2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院11dD三、三、杨氏双缝实验条纹位置杨氏双缝实验条纹位置明条纹中心：明条纹中心：暗条纹中心：暗条纹中心：2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院12四、干涉条纹的间隔四、干涉条纹的间隔定义：两条相干光线的夹角为相干光束的会聚角，用w表示。m+12024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院13干涉条纹的特点干涉条纹的特点:(干涉条纹是干涉条纹是一组平行等间距的明、暗相间的直条纹。一组平行等间距的明、暗相间的直条纹。中中央为零级明纹，上下对称，明暗相间，均匀排列。央为零级明纹，上下对称，明暗相间，均匀排列。干涉条纹不仅出现在屏上，凡是两光束重叠的区域都存干涉条纹不仅出现在屏上，凡是两光束重叠的区域都存在干涉，故杨氏双缝干涉属于非定域干涉。在干涉，故杨氏双缝干涉属于非定域干涉。当当D D、一定时，一定时，e e与与d d成反比，成反比，d d越小，条纹分辨越清。越小，条纹分辨越清。1 1与与2 2为整数比时，某些级次的条纹发生重叠。为整数比时，某些级次的条纹发生重叠。m m1 11 1=m=m2 22 2 干涉条纹在屏上的位置（级次）完全由光程差决定，干涉条纹在屏上的位置（级次）完全由光程差决定，当某一参量引起光程差的改变，则相应的干涉条纹就会发当某一参量引起光程差的改变，则相应的干涉条纹就会发生移动。生移动。2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院14k=0k=-1k=-2k=1k=2除除了了中中央央亮亮纹纹仍仍是是白白色色的的外外,其其余余各各级级条条纹纹形形成成从从中中央央向向外外由由紫紫到红排列的彩色条纹到红排列的彩色条纹光谱光谱。如果用白光做实验，如果用白光做实验，干涉条纹如何？干涉条纹如何？2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院15 六、洛埃镜实验六、洛埃镜实验D直射光光程直射光光程反射光光程反射光光程？思考思考：与杨氏双与杨氏双缝实验比干涉条纹缝实验比干涉条纹有哪些相同、不同有哪些相同、不同之处？之处？2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院16五、杨氏干涉的应用五、杨氏干涉的应用v 测量波长测量波长v 测量薄膜的厚度和折射率测量薄膜的厚度和折射率v 长度的测量微小改变量长度的测量微小改变量2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院17例题例题1 1 若将双缝装置浸入折射率为若将双缝装置浸入折射率为n n的水中，那么的水中，那么条纹的间距增加还是减小？条纹的间距增加还是减小？解：解：入射光在水中的波长变为入射光在水中的波长变为所以相邻明条纹或暗条纹的间距为所以相邻明条纹或暗条纹的间距为故间距减小故间距减小2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院18条纹移动条纹移动 N=4例例题题 2 杨杨氏氏双双缝缝实实验验，=500nm，在在一一光光路路中中插插入入玻玻璃璃片片（n=1.5）后后O点点变变为为4级级明明纹纹中中心心。求：玻璃片厚度求：玻璃片厚度e。解：光程差改变解：光程差改变O2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院19例题例题 3 3 在杨氏双缝干涉实验中，已知双缝间距为在杨氏双缝干涉实验中，已知双缝间距为0.60mm0.60mm，缝，缝和屏相距和屏相距1.50m1.50m，测得条纹宽度为，测得条纹宽度为1.50mm1.50mm，求入射光的波长。，求入射光的波长。解：由杨氏双缝干涉条纹间距公式解：由杨氏双缝干涉条纹间距公式 e e=D/d=D/d可以得到光波的波长为可以得到光波的波长为 =ed/D=ed/D代入数据，得代入数据，得=1.5010=1.5010-3-30.60100.6010-3-3/1.50/1.50 =6.0010 =6.0010-7-7m m =600nm =600nm2024/8/10 周六仪器科学与光电工程学院20 例题例题4 4 双缝间的距离双缝间的距离d d=0.25mm,=0.25mm,双缝到屏幕的距离双缝到屏幕的距离=50cm,=50cm,用波长用波长4000400070007000的白光照射双缝，求第的白光照射双缝，求第2 2级明级明纹彩色带纹彩色带(第第2 2级光谱级光谱)的宽度。的宽度。解解 所求第所求第2 2级明纹彩色带级明纹彩色带(光谱光谱)的宽度的宽度实际上是实际上是70007000的第的第2 2级亮纹和级亮纹和40004000的第的第2 2级亮纹之间的距离。级亮纹之间的距离。k=0k=-1k=-2k=1k=2 x亮纹亮纹故二级明纹坐标宽度为故二级明纹坐标宽度为代入：代入：d=d=0.25mm,0.25mm,L L=500mm,=500mm,2 2=710710-4-4mmmm,1 1=4 104 10-4-4mmmm得：得：x x =1.2mm=1.2mm