408-分波阵面干涉
ppt_波动光学_02_光的干涉_分波阵面法
杨氏双缝干涉实验中,如用折射率n1=1.4的薄玻璃片
遮盖缝S1,用相同厚度折射率n2=1.7的薄玻璃片遮盖缝S2 将使屏幕上原来未放玻璃片时的中央明条纹变为第五级明纹 已知单色光波长=480.0 nm, 求玻璃片的厚度d。 (可以认为光垂直通过玻璃片)
薄玻璃片遮盖时 两缝到O点的光程
1 ( r1 d ) n1d 2 ( r2 d ) n2d
进行干涉形成干涉条纹
第二讲 光的干涉_分波阵面法_20121008 XCH
波动光学 - 大学物理
—— S1和S2光在M点相差为零__P点应为干涉相长
—— 实际为暗条纹
—— 两光在P点相位相反
相变 —— 半波损失
—— 光以掠射入射角从光疏介质射入光密介质时 反射光相对于入射光的相位发生相变
第二讲 光的干涉_分波阵面法_20121008 XCH
05 / 19
波动光学 - 大学物理
3) 白光光源 —— 除中央零级条纹为白色外
两边对称分布为彩色条纹______光谱
明条纹的位置
D x k d
—— 同一级干涉条纹 波长短的条纹__距离中心越近
第二讲 光的干涉_分波阵面法_20121008 XCH
波动光学 - 大学物理
3 双缝干涉的应用
最大双缝间距
d max
D 4.5 mm x
第二讲 光的干涉_分波阵面法_20121008 XC1.30、厚度t=0.051 mm的 透明薄膜挡在S2的后,条纹发生什么变化?
两束光到P点的光程差 2 1
[(r2 t ) nt ] r1
26
x0 0.765 mm
x 0 明纹级数
分振幅干涉
k R
20 R
由此得平凸透镜的曲率半径
R
r2 k 20
rk2
20
(14.96 / 2)2 (11.75 / 2)2 20 589.3106
mm
1.818m
1.4 增透膜
• 光在空气中垂直射到玻璃表面时,反射光能约占入射光能 的 5%,反射损失并不大。
• 但在各种光学仪器中为了矫正像差或其他原因,常常要用 多个透镜。例如,照相机的物镜有的用 6 个透镜,变焦距 物镜有十几个透镜,潜水艇用的潜望镜中约有 20 个透镜。
•
sin
2nl
700 109 2 1.4 0.25102
1.0 104
rad
等厚干涉在光学测量中有很多应用。如测量微小角度、细小 的直径、微小的长度,以及检查光学元件表面的不平度,都 可以利用光的等厚干涉。
1.3 牛顿环
• 把一个曲率半径R很大的平凸透镜A放在一块平面玻璃板B 上,其间有一厚度逐渐变化的劈尖形空气薄层。
端互相叠合,另一端夹一细金 属丝或薄金属片,形成的空气 薄膜称为空气劈尖。
1.2 劈尖的等厚干涉
• 考虑到空气的折射率 n<n1,在下边的玻璃片的上表面反
射时有半波损失,而在上边的玻璃片的下表面反射光没有
半波损失,则劈尖上下表面反射的两束光的光程差应为
劈尖反射光干涉极大(明纹)的条件为
2ne k, k 1, 2,3,
• 暗条纹对应
2e n2 n12 sin2 i k
2e
n2
n12
sin2
i
2k
1
2
• 由于直接透射的光比经过两次或更多次反射后透射出的光 强大得多,所以透射光的干涉条纹不如反射光条纹清晰。
分波阵面干涉
∆ϕ
=
(ϕ 1
− ϕ2 ) −
2π λ
(r1
−
r2 )
Qϕ1 = ϕ2
∴ ∆ϕ
=
2π λ
(r2
−
r1 )
=
2π λ
δ
波程差:δ = r2 − r1
∆ϕ
=
⎧±2k π ⎨⎩±(2k +
1) π
干涉相长 干涉相消
(k = 0,1,2,L)
6
1
18.2 分波阵面干涉
第18章 波的干涉
双缝干涉的波程差:
p
1)两种不同波长的单色光入 射,两明纹重合的条件?
2)两种不同波长的单色光入 射,两暗纹重合的条件?
25
5
D
1.50
= 6.00×10-7m = 600nm
22
18.2 分波阵面干涉
第18章 波的干涉
例:以单色光照射到相距为0.2mm的双缝 上,双缝与屏幕的垂直距离为1m。 从第一级 明纹到同侧的第四级明纹的距离为7.5mm,
求:入射光的波长。
解:
xk
=
±
D d
kλ
,
k = 0,
1,
2, ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
白光入射时的杨氏双缝干涉照片
你能判断 0 级条纹在哪吗?
12
2
18.2 分波阵面干涉
第18章 波的干涉
讨论 条纹间距 ∆x = Dλ (∆k = 1) d
1)条纹间距 与 λ 的关系 ; d 、D 一定时, 若λ 变化 ,则 ∆x 将怎样变化?
2)λ 、 D 一定时,条纹间距 ∆x与 d 的关系如何?
∆x
=
Dλ d
射,干涉条纹会发生重叠。
分振幅干涉和分波面干涉
分振幅干涉和分波面干涉
分振幅干涉和分波面干涉是光学干涉现象的两种主要类型,它们在光学实验和技术中有不同的应用。
以下是对这两种干涉的简要解释:
1.分振幅干涉(Amplitude Division Interference):
•原理:分振幅干涉是通过分割入射光波的振幅,使其沿不同光程传播,然后重新合成,产生干涉现象。
这通常涉
及将光波分成两个或多个振幅不同的部分。
•应用:分振幅干涉常用于Michelson干涉仪等设备中,用于测量光学元件的表面形状、厚度差异等。
2.分波面干涉(Wavefront Division Interference):
•原理:分波面干涉是通过分割入射光波的波面,使其沿不同光程传播,然后重新合成,产生干涉现象。
这涉及光
波的相位差异,而不是振幅。
•应用:分波面干涉广泛应用于干涉仪器,例如Twyman-Green干涉仪和Fizeau干涉仪。
它可用于测量光学表面
的平整度、透明膜的厚度、折射率差异等。
这两种干涉现象的共同点是都涉及将光波分成两个或多个部分,然后再合成,通过干涉条纹来测量光学性质。
区别在于分振幅干涉关注振幅差异,而分波面干涉关注波面差异。
在实际应用中,选择使用分振幅干涉还是分波面干涉取决于具体的实验需求和测量目标。
这两种方法都为光学领域提供了强大的工具,用于精密测量和实验研究。
分波阵面干涉
•得
ax 0.45103 1.2103
D
540 109
1.0m
1.1 杨氏双缝干涉实验
•
(2)
在S2
未被玻璃片遮盖时,光程差为
r2
r1
a D
x
中央亮条纹的中心应处于 x=0的地方。遮盖厚度为 h的玻璃片
后,透射光中没有半波损失,但是中央亮条纹的光程差变为
(r2
h
nh)
r1
h(n 1)
r2
r1
1.1 杨氏双缝干涉实验
• 例题3-2 在杨氏双缝干涉实验中,双缝间距为0.45mm, 用波长为540nm的单色光照射。
• (1) 要使光屏E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9.0m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: (1) 根据干涉条纹间距的表达式 x D
•
a =Dλ/Δx =1.65 ×10-4 m
1.2 半波损失
• 劳埃德镜平面镜的干涉,相当于光源S1和它在平面镜中的虚 像S2发出的两束光的干涉,与杨氏双缝干涉类似。
• 劳埃德将屏E移到与平面镜接触的N位,发现N处的屏上出 现的是暗条纹。而此处到S1和S2光程相等,似乎应该出现 亮条纹,为什么观察到的却是暗条纹呢?
大学物理
分波阵面干涉
• 1.1 杨氏双缝干涉实验 • 1.2 半波损失
1.1 杨氏双缝干涉实验
• 如果两列光波到达屏上P点的光程差 等于波长的整数倍, 两列光波到达P点时的位相相同,叠加后互相加强,P点 就出现亮条纹;
• 如果光程差 等于半波长 的 奇数倍, 两列光波到达 P点时的位相 相反,叠加后 互相减弱或抵消, 就出现暗条纹。
1-4 分波振面干涉_投影稿
29
30
S
d
S'
r0 实验和理论都证明:光被反射时,反射波相对于入射 波有半个波长的光程差,称之为半波损失。 劳埃镜中,原来的极大(小)变为极小(大) 。 实验中,把屏幕移到M'处时,发现M'点处是暗点,说 明半波损失确实存在。 还有许多分波面的干涉装置,如比累双切透镜等。
next
P经由A、B生成两个像 PA
E的瞬时分布
s
遮光板
s1 s2
双孔 观察屏 E的振幅分布
next
干涉条纹的形状?
观察屏
4、干涉场光强分布的定量分析
5
6
I I1 I 2 2 I1I 2 cos
分析干涉场分布的关键: 找出y与的关系
遮光板 双孔 双孔干涉的光路
y
d
=n(r2-r1) d
(r2 r1 )与y的关系?遮光板
I I1 I 2 2 I1I 2 cos
s1 s
遮光板
=n(r2-r1) s2
观察屏 双孔
r2 r1 d
y r0
杨氏干涉实验 为介质中的波长
“缝”代替“孔”,增加条纹亮度。 还有其他增加条纹亮度的方法吗?
演示实验
两列波的相位差:
2 y 2 y nd d 0 r0 r0
P
PB
5
31
32
归纳起来 干涉条纹的特点包括: 条纹的形状(极大极小的位置) 宽度或锐度、间隔; 条纹随实验参数变化的趋势; 可见度 条纹的对比度或可见度 下一节的内容
作业 第1章: 2, 3, 5(菲涅耳双棱镜), 6(劳埃镜) 第3章: 20,34*
end
分波前干涉实验的现代应用及原理
分波前干涉实验的现代应用及原理分波前干涉实验是一种光学实验,它在现代科学研究中有着广泛的应用。
分波前干涉实验通过将光波分成两条或多条不同的路径,然后再将它们重新合并,利用不同路径上的光波相位差来观察干涉现象,从而研究光的性质和光与物质的相互作用。
分波前干涉实验的原理基于光的波动性质。
光是一种电磁波,它可以通过传播的方式将能量传递出去。
当光波遇到障碍物或介质边界时,会发生折射、反射、散射等现象,这些现象都会导致光波的传播路径发生变化。
分波前干涉实验利用光波的干涉现象来研究光的传播路径和相位变化。
在分波前干涉实验中,首先需要将光波分成两条或多条不同的路径。
这可以通过使用光学元件如分光镜、反射镜、透镜等来实现。
分波前干涉实验中常用的元件是分光镜,它可以将入射的光波分成两条不同的路径。
然后,光波在不同的路径上传播,经过一系列的反射、折射、透射等过程,最后再将两条路径上的光波重新合并。
在光波重新合并的过程中,光波的相位差会产生干涉现象。
相位差是指两条光波在某一点的相位差异,它可以由光波的传播路径长度差、折射率差等因素引起。
当两条光波的相位差满足一定条件时,它们将发生干涉现象。
干涉现象可以表现为明暗条纹或彩色条纹的形式,这取决于光波的相位差和干涉条件。
分波前干涉实验在现代科学研究中有着广泛的应用。
首先,它可以用来研究光的波动性质。
通过观察干涉现象,可以确定光波的波长、频率、相速度等特性。
其次,分波前干涉实验可以用来测量光学元件的性能。
例如,通过测量光波的相位差,可以计算出光学元件的折射率、厚度等参数。
此外,分波前干涉实验还可以用来研究光与物质的相互作用。
例如,在光学材料的研究中,可以通过分波前干涉实验来分析光波在材料中的传播和反射特性,从而研究材料的光学性质。
除了光学领域,分波前干涉实验还在其他领域中得到应用。
例如,在粒子物理学中,分波前干涉实验可以用来研究粒子的波动性质和相互作用。
在声学领域,分波前干涉实验可以用来研究声波的传播和干涉现象。
分波阵面干涉
典型例题
(2)在没有放置介质片时, S1
原来的-k级亮纹的位置
满足:
S2 d
r1 光轴
r2
r2 r1 k 0 k 0 ,1,2 ,
按题意,可得介质片厚度 d k0
n1
主要内容
1、其他分波阵面的干涉 2、薄膜等倾干涉 3、等倾干涉例题
劈尖干涉,牛顿环,迈克尔逊干涉仪
典型例题
[例2] 在杨氏双缝干涉的实验装置中,入射光的波长
为λ。若在缝S2与屏之间放置一片厚度为d、折射率 为n的透明介质片,试问:
(1) 原来的零级亮纹 将如何移动?
(2) 如果观测到零级 亮纹移到了原来
的-k级亮纹处,
求该透明介质的
厚度d。
S1 S2
d
r1 光轴 r2
二、光程
问题
光在介质中和在真空中传播相同 距离用时是否相同?
L = L2 - L1
典型例题
[例2] 在杨氏双缝干涉的实验装置中,入射光的波
长为λ。若在缝S2与屏之间放置一片厚度为d、折射 率为n的透明介质片,试问:
(1) 原来的零级亮纹 将如何移动?
(2) 如果观测到零 级亮纹移到了原
来的-k级亮纹处,
求该透明介质的
厚度d。
S1 S2
d
r1 光轴
r2
典型例题
解:用几何光学方法不难
求出,S 经上、下两个 半个透镜L1、L2分别成 像于S1与S2。
它们位于透镜右侧 40cm 处(实像),可 看成新的光源, 与屏之间的距离
S1
40cm S2
80cm
D 160 40 40 80cm
S1与S2组成相干光源,其光线在屏幕上重叠(阴影区)处 产生干涉条纹,即可求出干涉条纹的间距
分波前干涉PPT课件
半波损失
*当光从折射率小的光疏介质,正入射或掠入射于折射率 大的光密介质时,则反射光有半波损失。
*当光从折射率大的光密介质,正入射于折射率小的光疏介质 时,反射光没有半波损失。
*折射光没有相位突变
没有半波损失
有
半 波
n
1
反射波 n1 n2
n
2
反射波
损 失
n2
折射波
n
1
折射波 n1 n2
五、干涉条纹的可见度与光源的宽度和单色性
例:在杨氏实验装置中,采用加有蓝绿色滤光片的白光 光源,其波长范围为x=100nm,平均波长为490nm.试 估算从第几级开始,条纹变得无法分辨?
解 设该蓝绿光的波长范围为l1~l2,则按题意有
l2 l1 l 100nm,
1 2
(l2
l1 )
l
490nm
对应于l1l,杨氏干涉条纹中第k级明纹的位置分别为
原子发射的光,其波列长度是有限的 ,光谱线都有一定宽度,不是严格的 I0/2 单色光钠光灯发出的黄色光不是单色 光。氦-氖激光器发出的光也不是严 格的单色光。
l
l
Δλ
波列越长,谱线宽度越窄, 光的单色性越好。
Δλ
谱线宽度
相干光
先对光波做一描述:
光波是矢量 E 和 H 在空间的传播。
E
实验证明光波中参与与物
4.思考:
(1)要条纹变宽,可采取什么措施? x=Dld
(2)用白光照射双缝, 在 S1和 S2 用一滤光片,则结果将 如何?在 S1和 S2 分别用不同滤光片,则结果又如何? (3)用单色光照射双缝, 在S1或 S2 前放一透明介质片 (如云母),则结果将如何?
此时中央 明纹下移
《分振幅干涉》课件
随着光波的传播,干涉条纹的形状和分布会发生变化。这主要是由于光波的相干性和光波的传播特性 所决定的。当光波遇到不同介质或障碍物时,其传播路径和相位会发生变化,导致干涉条纹的分布和 强度发生变化。
干涉条纹的移动与变化
干涉条纹的移动
当一束光波在空间传播时,如果遇到障 碍物或不同介质的界面,光波会发生反 射和折射。反射和折射的光波在空间某 一点叠加时,也会形成干涉条纹。由于 光波的传播方向发生变化,因此干涉条 纹会随着光波的移动而移动。
02
它是一种光学干涉现象,是光的 波动性的一种表现。
分振幅干涉的原理
当一束光波经过分束器时,被分 成若干个波列,这些波列在空间
中传播并在相遇时发生干涉。
干涉的结果取决于各波列的相位 差,相位差的变化会导致干涉条
纹的移动和变化。
分振幅干涉是光学干涉的一种形 式,其原理基于光的波动性和相
干性。
分振幅干涉的应用
。
习题3
分析单缝衍射和双缝干 涉实验中的光强分布。
习题4
解释分振幅干涉在光学 精密测量中的应用。
分振幅干涉的思考题
思考题1
如何理解光的波动性和粒子性在分振幅干涉 中的体现?
思考题3
如何利用分振幅干涉原理提高光学仪器的测 量精度?
思考题2
分析不同介质对分振幅干涉的影响。
思考题4
探讨分振幅干涉在量子光学领域的应用前景 。
图像传感器
记录干涉条纹的图像。
03
分振幅干涉的实验结果分析
干涉条纹的形成与变化
干涉条纹的形成
当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时,光波的振幅相加产生合成振幅。合成振幅的大小取决于 各光波的相位差。当相位差为2nπ(n为整数)时,合成振幅最大;当相位差为(2n+1)π时,合成振 幅最小。这些合成振幅不同的点在空间形成稳定的明暗交替的干涉条纹。
分振幅等倾干涉原理
平行平板的等倾干涉
• 平行平板的光程差和位相差
R [ABC] [AD] n2 (AB BC) n1 AD
R
n2
2d cos i2
n1
2d
sin i2 sin i1 cos i2
2n2d cos i2
• 分波面干涉条纹反衬度V与考察面位置无关,为 非定域条纹;分振幅干涉条纹反衬度随考察点位 置变化而变化,为定域条纹,具有最大反衬度的 观察面称为定域面
分振幅干涉
• 分振幅干涉原理
V 2 cos 1
rs
Eros Eios
,
rp
Erop Eiop
,
ts
Etos Eios
,
tp
Etop Eiop
界面反射率
– 扩展光源S上发出的光线,凡是i1为同一值的,在定域 面上形成同一条干涉条纹
等倾条纹
等倾干涉装置
Ir1
Ir2
Ir3
Ir4
It1
It2
It3
It4
0.04(未镀膜) 0.04
0.037 6×10-5 9×10-8
0.92 1.5×10-3 2.4×10-6 3.8×10-9
0.9(镀高反膜) 0.9
9×10-3 7.3×10-3 5.9×10-3 0.01 8.1×10-3 6.6×10-3 5.3×10-3
• 平行平板 • 楔形板 • 薄膜 • 棱镜等
V 0 l a
b
s
b
分波面和分振幅干涉
• 分波面干涉实验中,要获得高反衬度干涉条纹, 对光ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ尺寸和干涉孔径角都有严格限制
分波面干涉
r
光程差 0
干涉项
1-2 分波阵面法干涉
第1章 光的干涉
其中 2 1 2 π 则 I 4 I 0 cos (π
2
r
若 I I I 1 2 0
4I0 , r k
r
)
0,
r ( 2 k 1) 2
双光干涉的光程差:
r r2 r1 d sin
a sin
2
( a d ) sin
光强分布由u 和v 这两个函数项取值决定,在两 个函数项中若有一个为零,则光强为零.即当:
u , v , 2 2 , 3 , 2 3 5 2 IP 0 IP 0
结果:光强大小变化,宽度、数量都改变.
条纹变化?
1-2 分波阵面法干涉
第1章 光的干涉
x d ' d
5、 条纹变化的因素:
d 1)d 、 '一定时,若 变化,则 x 将怎样变化?
1-2 分波阵面法干涉
第1章 光的干涉
2) 、 d '一定时, 条纹间距 x与 d 的关系如何?
1-2 分波阵面法干涉
第1章 光的干涉 中央明纹: r 0
P
四
劳埃德镜;(反映干涉中的半波损失)
P'
P
s1
d
L
M L d'
s2
半波损失 :光从光速较大的介质射向光速较小 的介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变了 π , 相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程 差,称为半波损失.
1-2 分波阵面法干涉
第1章 光的干涉
例1 以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与屏幕 的垂直距离为1m. (1) 从第一级明 纹 到同侧 的第四级明 纹的距离为7.5mm, 求单色光的波长;
干涉题目
1.重点讲述光的干涉和衍射,使学生掌握判断波的基本特征。
2.分波阵面干涉主要介绍杨氏双缝干涉,洛埃镜干涉可突出相位突变的实验验证。
3.分振幅干涉的教学重点是等厚干涉及其应用。
406光源、光的相干性(选择5判断10)1. 选择题题号:40611001分值:3分难度系数等级:1来自不同光源的两束白光,例如两束手电筒光照射在同一区域内,是不能产生干涉图样的,这是由于(A)白光是由不同波长的光构成的(B)两光源发出不同强度的光(C)两个光源是独立的,不是相干光源(D)不同波长的光速是不同的[ ] 答案:(C)题号:40612002分值:3分难度系数等级:2有三种装置(1)完全相同的两盏钠光灯, 发出相同波长的光,照射到屏上;(2)同一盏钠光灯,用黑纸盖住其中部将钠光灯分成上下两部分同时照射到屏上;(3)用一盏钠光灯照亮一狭缝,此亮缝再照亮与它平行间距很小的两条狭缝,此二亮缝的光照射到屏上;以上三种装置,能在屏上形成稳定干涉花样的是:(A) 装置(3) (B) 装置(2)(C) 装置(1)(3) (D) 装置(2)(3)[ ]答案:(A)题号:40611003分值:3分难度系数等级:1对于普通光源,下列说法正确的是:(A)普通光源同一点发出的光是相干光(B)两个独立的普通光源发出的光是相干光(C)利用普通光源可以获得相干光(D)普通光源发出的光频率相等[ ] 答案:(C)题号:40614004分值:3分难度系数等级:4在双缝干涉实验中,用单色自然光在屏上形成干涉条纹。
若在两缝后放一个偏振片,则(A)干涉条纹间距不变,且明纹亮度加强(B)干涉条纹间距不变,但明纹亮度减弱(C)干涉条纹的间距变窄,且明纹的亮度减弱(D)无干涉条纹[ ] 答案:(B)题号:40611005分值:3分难度系数等级:1杨氏双缝干涉实验是:(A) 分波阵面法双光束干涉(B) 分振幅法双光束干涉(C) 分波阵面法多光束干涉(D) 分振幅法多光束干涉[ ] 答案:(A)判断102. 判断题:题号:40621001分值:2分难度系数等级:1光波振动的量是电场强度E和磁场强度H,起光作用的主要是电场强度。
1.4分波面双光束干涉(Wavefront splitting)
r2 r 1 之值)
( k =1,2…)(整数级)
λ
暗纹 ±(2k+1)/2 ( k =1,2…)(半整数级)
●
来定0级位置),其余级明纹构成彩带,第2级开始 出现重叠(为什么?)
白光入射时,0级明纹中心为白色(可用 y ∝ λ ,
红光入射的杨氏双缝干涉照片
白光入射的杨氏双缝干涉照片
▲
光强分布 设狭缝 迭加后 若
1.4 分波面双光束干涉 分波面双光束干涉(Wavefront splitting)
实现干涉的方法
将一个光源的一束光波分割成两束或多束, 将一个光源的一束光波分割成两束或多束, 分割成两束或多束 再使其相互交会,在交会区域可能产生干涉条纹. 再使其相互交会,在交会区域可能产生干涉条纹.
波前分割法 光波的分割方法: 光波的分割方法: 振幅分割法
杨氏双缝干涉实验
扬氏双缝干涉光强分布的计算机模拟实验
▲
明暗条纹满足的条件
光程差: δ = r = r2 r1 ≈ d sin θ 相位差:
程差条件
δ = 2π λ 明纹 δ = d sin θ = ± jλ ( j = ±0,1,2,)
暗纹
代入
明纹 位置条件 暗纹
y 2 d sin θ ≈ d tgθ = d r0 r y = ± j 0 λ ( j = 0,1,2 …) d r y = ± (2 j + 1) 0 λ (j = ±0,1,2 ) 2d
s1
d
r0
r1 r2
例 [1-1]:
p s2 未贴薄片: 0 为零光程差处 p0
p
s2
p s2 贴薄片: 为零光程差处
t
零光程差处移动 y = p0 p = 1cm
大学物理课件:分波阵面干涉
解 (1) 明纹间距分别为
x D 600 5.893104 0.35mm
d
1.0
x D 600 5.893104 0.035mm
d
10
(2) 双缝间距 d 为
d D 600 5.893104 5.4mm
x
0.065
例2 如图所示,在杨氏双缝干涉实验中入射光的波 长为550nm,用一厚度为 e 2.8510c4m的透明薄 片盖住S1缝,发现中央明纹移动了3个条纹,上移 至O′点,求透明薄片的折射率。
二、洛埃镜实验
x
S•
•O
O
S •
xd
D2
接触处, 屏上O 点出现暗条纹
半波损失
n1 n2 有半波损失 n1 n2 无半波损失
透射波没有半波损失
入射波 n1
反射波
n2
透射波
x( 2k 1)
(2k 1) D 2d
条纹间距:x D
d
由上式可以看出
①. △x与缝间距d成反比;
②. 白光入射时。
颜色的次序
例1 双缝干涉实验中,用钠光灯作单色光源,其波长为 589.3 nm,屏与双缝的距离 D=600 mm
求 (1) d =1.0 mm 和 d =10 mm,两种情况相邻明条纹 间距分别为多大?(2) 若相邻条纹的最小分辨距离 为 0.065 mm,能分清干涉条纹的双缝间距 d 最大 是多少?
分波阵面干涉
一、位置 明条纹位置 明条纹位置
理论分析
单色光入射
r1 P ·x
r2
x
d
0
D
d >> ,D >> d (d 10 -4m, D m)
波程差:
408-分波阵面干涉
408分波阵面干涉1,一束波长为λ的光线,投射到一双缝上,在屏幕上形成明、暗相间的干涉条纹,那么对应于第一级暗纹的光程差为:(A)2λ(B)1/2λ(C)λ(D)λ/4[ ] 2,用单色光做双缝干涉实验,下述说法中正确的是(A)相邻干涉条纹之间的距离相等(B)中央明条纹最宽,两边明条纹宽度变窄(C)屏与缝之间的距离减小,则屏上条纹宽度变窄(D)在实验装置不变的情况下,红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距[ ] 3,在杨氏双缝干涉实验中,正确的叙述是:(A) 增大双缝间距,干涉条纹间距也随之增大(B) 增大缝到观察屏之间的距离,干涉条纹间距增大(C) 频率较大的可见光产生的干涉条纹间距较大(D) 将整个实验装置放入水中,干涉条纹间距变大[ ] 4,用单色光垂直照射杨氏双缝时,下列说法正确的是:(A) 减小缝屏距离,干涉条纹间距不变(B) 减小双缝间距,干涉条纹间距变小(C) 减小入射光强度, 则条纹间距不变(D) 减小入射波长, 则条纹间距不变[ ] 5,在双缝干涉实验中,为使屏上的干涉条纹间距变大,可以采取的办法是:(A) 使屏靠近双缝(B) 把两个缝的宽度稍微调窄(C) 使两缝的间距变小(D) 改用波长较小的单色光源[ ] 6,双缝干涉实验中,入射光波长为λ,用玻璃纸遮住其中一缝,若玻璃纸中光程比相5.2,则屏上原0级明纹中心处同厚度的空气大λ(A)仍为明纹中心(B)变为暗纹中心(C)不是最明,也不是最暗(D)无法确定[ ] 7,用单色光做杨氏双缝实验,如现将折射率n=1.5的薄透明玻璃片盖在上侧缝上,此时中央明纹的位置将:(A )向上平移且条纹间距不变 (B )向下平移,且条纹间距不变 (C )不移动,但条纹间距改变 (D )向上平移,且间距改变[ ]8,在双缝干涉实验中,设缝是水平的,若双缝所在的平板稍微向上平移(如图),其他条件不变,则屏上的干涉条纹: (A )向下平移,且条纹间距不变 (B )向上平移,且条纹间距不变 (C )不移动,但条纹间距改变 (D )向上平移,且间距改变[ ]9,杨氏双缝干涉实验中,下列说法正确的是(k 为自然数,λ为光波波长) ①在距双缝的路程相等的点形成暗条纹 ②在距双缝的路程差为k λ的点形成亮条纹③在距双缝的路程差为k2λ的点形成亮条纹 ④在距双缝的路程差为(k+21)λ的点形成暗条纹(A )①② (B )②③ (C )③④ (D )②④[ ]10,如图所示,用波长600=λnm 的单色光做杨氏双缝实验,在光屏P 处产生第五级明纹极大,现将折射率n =1.5的薄透明玻璃片盖在其中一条缝上,此时P 处变成中央明纹极大的位置,则此玻璃片厚度为:(A )5.0×10-4cm (B )6.0×10-4cm (C )7.0×10-4cm (D )8.0×10-4cm[ ]11,在双缝干涉实验中,先后用红光和紫光在相同条件下照射同一双缝,则在屏上出现的干涉条纹中,这两种色光的两明条纹间的距离和两暗纹间距离相比较: (A) 红光都比紫光大 (B) 紫光都比红光大 (C) 红光两明纹间距离比紫光大,两暗纹间距离比紫光小 (D) 紫光两明纹间距离比红光大,两暗纹间距离比红光小[ ]SS12,在双缝干涉中,屏幕E上的P点处是明条纹,若将缝s2 Array盖住,并在s1 s2 连线的垂直平分面处放一反射镜M,如图所示,则此时:(A) P点处仍为明条纹(B) P点处为暗条纹(C) 不能确定P点处是明条纹还是暗条纹(D) 无干涉条纹[ ] 13,用单色光做杨氏双缝实验,如现将折射率n=1.5的薄透明玻璃片盖在下侧缝上,此时中央明纹的位置将:(A)向上平移且条纹间距不变(B)向下平移,且条纹间距不变(C)不移动,但条纹间距改变(D)向上平移,且间距改变[ ] 2. 判断题:1,在双缝干涉实验中,为使屏上的干涉条纹间距变大,可以采取的办法是使两缝的间距变小。
波阵面分割的其它干涉实验
B
d
B d0 b
d0
b
考虑到衍射的影响,有
1.22
d0
2.屏上条纹消失时,反射镜M1M4 间
的距离就是d0,测猎户星座角直径
测星干涉仪 M1
nm
测得 得
λ
M2 M3
d 0 3.07 m
1.22
d0
0.047"
λ
M4
屏Hale Waihona Puke 三、光源非单色性的影响和时间相干性
取该值的1/4作为光源的允许宽度bp,此时条纹可见度为
K=0.9。
b p bc 4 4
(二)空间相干性
bc
光源大小与相干空间(干涉孔径角)成反 比关系
给定一个光源尺寸,就限制一个相干空间。
图P222
应用举例
b 1.测遥远星体的角直径: B
使d =d0则条纹消失
'
分别是从c点到P点的一对相干光在干涉系统
左右方的光程差。
2 I1 I 2 I ( I1 I 2 ) (1 cos ) I1 I 2
类似
xd D
有
d ' x l
'
或
' x'
其中
d l
━相干孔径角 S1
到达干涉场某点的两条相 干光束从实际光源出发时 的夹角。
56
x
范围内的每条谱线都各自形成一组干涉条纹,且除零
级以外,相互有偏移,各组条纹重叠的结果使条纹可见度 下降
对于谱线宽度为的单色光,干涉条纹消失的位置满足
kc ( ) ( kc 1 )
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408分波阵面干涉
1,一束波长为λ的光线,投射到一双缝上,在屏幕上形成明、暗相间的干涉条纹,那么对应于第一级暗纹的光程差为:
(A)2λ(B)1/2λ(C)λ(D)λ/4
[ ] 2,用单色光做双缝干涉实验,下述说法中正确的是
(A)相邻干涉条纹之间的距离相等
(B)中央明条纹最宽,两边明条纹宽度变窄
(C)屏与缝之间的距离减小,则屏上条纹宽度变窄
(D)在实验装置不变的情况下,红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距
[ ] 3,在杨氏双缝干涉实验中,正确的叙述是:
(A) 增大双缝间距,干涉条纹间距也随之增大
(B) 增大缝到观察屏之间的距离,干涉条纹间距增大
(C) 频率较大的可见光产生的干涉条纹间距较大
(D) 将整个实验装置放入水中,干涉条纹间距变大
[ ] 4,用单色光垂直照射杨氏双缝时,下列说法正确的是:
(A) 减小缝屏距离,干涉条纹间距不变
(B) 减小双缝间距,干涉条纹间距变小
(C) 减小入射光强度, 则条纹间距不变
(D) 减小入射波长, 则条纹间距不变
[ ] 5,在双缝干涉实验中,为使屏上的干涉条纹间距变大,可以采取的办法是:
(A) 使屏靠近双缝(B) 把两个缝的宽度稍微调窄
(C) 使两缝的间距变小(D) 改用波长较小的单色光源
[ ] 6,双缝干涉实验中,入射光波长为λ,用玻璃纸遮住其中一缝,若玻璃纸中光程比相
5.2,则屏上原0级明纹中心处
同厚度的空气大λ
(A)仍为明纹中心(B)变为暗纹中心
(C)不是最明,也不是最暗(D)无法确定
[ ] 7,用单色光做杨氏双缝实验,如现将折射率n=1.5的薄透明玻璃片盖在上侧缝上,此时中央明纹的位置将:
(A )向上平移且条纹间距不变 (B )向下平移,且条纹间距不变 (C )不移动,但条纹间距改变 (D )向上平移,且间距改变
[ ]
8,在双缝干涉实验中,设缝是水平的,若双缝所在的平板稍微向上平移(如图),其他条件不变,则屏上的干涉条纹: (A )向下平移,且条纹间距不变 (B )向上平移,且条纹间距不变 (C )不移动,但条纹间距改变 (D )向上平移,且间距改变
[ ]
9,杨氏双缝干涉实验中,下列说法正确的是(k 为自然数,λ为光波波长) ①在距双缝的路程相等的点形成暗条纹 ②在距双缝的路程差为k λ的点形成亮条纹
③在距双缝的路程差为k
2λ
的点形成亮条纹 ④在距双缝的路程差为(k+2
1
)λ的点形成暗条纹
(A )①② (B )②③ (C )③④ (D )②④
[ ]
10,如图所示,用波长600=λnm 的单色光做杨氏双缝实验,在光屏P 处产生第五级明纹极大,现将折射率n =1.5的薄透明玻璃片盖在其中一条缝上,此时P 处变成中央明纹极大的位置,则此玻璃片厚度为:
(A )5.0×10-4
cm (B )6.0×10-4
cm (C )7.0×10-4
cm (D )8.0×10-4
cm
[ ]
11,在双缝干涉实验中,先后用红光和紫光在相同条件下照射同一双缝,则在屏上出现的干涉条纹中,这两种色光的两明条纹间的距离和两暗纹间距离相比较: (A) 红光都比紫光大 (B) 紫光都比红光大 (C) 红光两明纹间距离比紫光大,两暗纹间距离比紫光小 (D) 紫光两明纹间距离比红光大,两暗纹间距离比红光小
[ ]
S
S
12,在双缝干涉中,屏幕E上的P点处是明条纹,若将缝s2 Array盖住,并在s1 s2 连线的垂直平分面处放一反射镜M,如图所示,
则此时:
(A) P点处仍为明条纹
(B) P点处为暗条纹
(C) 不能确定P点处是明条纹还是暗条纹
(D) 无干涉条纹
[ ] 13,用单色光做杨氏双缝实验,如现将折射率n=1.5的薄透明玻璃片盖在下侧缝上,此时中央明纹的位置将:
(A)向上平移且条纹间距不变(B)向下平移,且条纹间距不变
(C)不移动,但条纹间距改变(D)向上平移,且间距改变
[ ] 2. 判断题:
1,在双缝干涉实验中,为使屏上的干涉条纹间距变大,可以采取的办法是使两缝的间距变小。
2,若将在双缝干涉实验放在水中进行,和空气中相比,相邻条纹间距将减小。
3,用单色光垂直照射杨氏双缝时,减小缝屏距离,则条纹间距不变。
4,用单色光垂直照射杨氏双缝时,减小入射光强度,则条纹间距不变。
5,在双缝干涉实验中,若在下方缝后加一很薄的云母片,中央明条纹将向上移动。
6,在双缝干涉实验中,频率大的可见光产生的干涉条纹间距较大。
7,在双缝干涉实验中, 两条缝的宽度原来是相等的, 若其中一缝的宽度略变窄, 则干涉条纹间距不变。
3. 填空题
1,一束真空中波长为λ的光线,投射到一双缝上,在屏幕上形成明、暗相间的干涉条
纹,那么对应于第一级明纹的光程差为。
2,在双缝干涉实验中,用白光照射时,明纹会出现彩色条纹,明纹内侧呈 色。
3,用白光进行双缝实验时,如果用纯红色滤光片和纯蓝色滤光片分别盖住两缝,则 产生干涉条纹。
(填能或不能)
4,用单色光垂直照射杨氏双缝时,减小双缝间距,则条纹间距 。
(填变大、变小或不变)
5,如图 s 1、、s 2为双缝, s 是单色缝光源,当s 沿平行于s 1、和s 2的连线向上作微小移动时, 中央明条纹向 移动。
(填上、下)
6,如图所示,波长为λ 的平行单色光斜入射到距离为d 的双缝上, 入射角为θ ,在图中的屏中央O 处(O s 1=O s 2),两束相干光的位相差为 。
7,s 1、、s 2为双缝,s 是单色缝光源,若s 不动,而在上缝s 1后加一很薄的云母片,中央明条纹将向 移动。
(填上、下)
8,在如图的洛埃镜干涉装置中,若光源s 离屏的距离为D , s 离平面镜的垂直距离为a (a 很小)。
设入射光波长为λ,则相邻条纹中心间的距离为 。
9,在洛埃镜干涉装置中,平面镜与屏交界处的干涉条纹应为 条纹。
(填明、暗) 10,若在杨氏双缝其中一缝后加一透明媒质薄片,使原光线光程增加λ5.2,则此时屏中心处将变为 纹。
(填明或暗)
11,在双缝干涉实验中,已知屏与双缝间距m 1=D ,双缝间距离m m 2=d ,设入射光波长nm 0.480=λ,如果用折射率分别是40.1和70.1的两块厚度均为m 1000.86-⨯的薄玻璃片覆盖在两缝上,则干涉条纹将向折射率 的方向移动。
(填大或小)
12,在双缝干涉实验中若使两缝之间距离增大,则屏幕上干涉条纹间距 。
(填变大、变小或不变)
13,在双缝干涉实验中若使单色光波长减小,则屏幕上干涉条纹间距 。
(填变大、变小或不变)
14,在双缝干涉实验中若使两缝之间距离增大一倍, 光的波长减小一半, 其它条件不变, 则相邻两暗纹间的距离将是原来的 。
15,若将双缝干涉实验从空气移入水面之下进行,则干涉条纹间的距离将 。
(填变大、变小或不变)
16,薄钢片上有两条紧靠着的平行细缝,用双缝干涉方法来测量两缝间距。
如果用波长
nm 1.546=λm)10nm 1(9-=的单色光照射,双缝与屏的距离mm 300=D 。
测得中央明条
纹两侧的两个第五级明条纹的间距为m m 2.12。
则两缝间距离为 mm 。
4. 计算题
1,在杨氏双缝干涉实验中,用波长λ=589.3 nm 的纳灯作光源,屏幕距双缝的距离d’=800 nm ,问:(1)当双缝间距1mm 时,两相邻明条纹中心间距是多少?(2)假设双缝间距10 mm ,两相邻明条纹中心间距又是多少?
2,在双缝干涉实验中,用波长λ=546.1nm 的单色光照射,屏幕距双缝的距离d’=300 mm ,测得中央明纹两恻的两个第五级明纹的间距为12.2mm, 求两缝间的距离。
3,在双缝干涉实验中,两缝间的距离0.30mm ,用单色光垂直照射双缝, 屏与缝之间的距离为1.20m ,测得中央明纹两恻的两个第五级暗纹的间距为22.78mm, 求所用光的波长。
4,用有两个波长成分的光束做杨氏干涉实验,其中一种波长为λ1=550nm ,已知两缝间距为0.600mm,观察屏与缝之间的距离为1.20m ,屏上λ1的第6级明纹中心与未知波长的光的第5级明纹中心重合,求:
(1)屏上λ1的第3级明纹中心的位置; (2)未知光的波长。
5,单色光照射到相距为0.2mm 的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1m ,求:(1)从第一级明纹到同侧的第四级明纹间的距离为7.5mm ,求单色光的波长;(2)若入射光的波长为600nm ,求相邻两明纹间的距离。
6,图示为用双缝干涉来测定空气折射率n 的装置。
实验前,在长度为l 的两个相同密封玻璃管内都充以一大气压的空气。
现将上管中的空气逐渐抽去,(1)则光屏上的干涉条纹将向什么方向移动;(2)当上管中空气完全抽到真空,发现屏上波长为λ的干涉条纹移过N 条。
计算空气的折射率.
7,用很薄的云母片(n =1.58)覆盖在双缝实验中的一条缝上,这时屏幕上的零级明条纹移到原来的第七级明条纹的位置上。
如果入射光波长为550nm ,试问此云母片的厚度为多少?
8,一双缝装置的一条缝被折射率为1.40的薄玻璃片遮盖,另一条缝被折射率为1.70的薄玻璃片遮盖。
在玻璃片插入后,屏上原来的中央极大点现在被原来的第五级条纹所占据(设波长为480nm ,且两玻璃薄片等厚)求玻璃片的厚度t 。
9,洛埃镜干涉如图所示光源波长m 7
102.7-⨯=λ, 试求镜的右边缘到第一条明纹的距离。
cm 20cm 30mm
2。