干涉装置
白光干涉仪的原理及应用
白光干涉仪的原理及应用一、原理介绍白光干涉仪是一种利用光波的干涉现象来测量物体表面形态的仪器。
它利用了光波的相干性原理，通过将光分为两个不同的路径，然后再使它们重新相遇，观察到干涉现象来测量物体的形态。
白光干涉仪的基本原理是利用Michelson干涉仪的工作原理，通过使用一束单色光束和一束白光束进行干涉而得到的干涉条纹，来测量物体的形状、薄膜的厚度等参数。
二、白光干涉仪的基本构成白光干涉仪由以下几个部分组成：1.光源：白光干涉仪一般使用白炽灯、钠灯或氘灯作为光源。
这些光源会发出一种宽光谱的光束，使得可以获得多个不同波长的光，从而形成干涉条纹。
2.分光装置：白光干涉仪通常采用Michelson干涉仪的布局，其中的分光装置用来将光分为两个不同的路径。
常见的分光装置有像乐醇棱镜、分光镜等。
3.干涉装置：干涉装置是指将两束光束再次合并并进行干涉的部分。
常见的干涉装置如Michelson干涉仪中的半反射镜和平板玻璃。
4.接收装置：接收装置用来接收干涉条纹并将其转化成可观察的图像。
常见的接收装置有像鼠、CCD相机等。
三、白光干涉仪的应用白光干涉仪在很多领域中都有广泛的应用，下面列举了一些常见的应用场景：1.快速测量物体形状：白光干涉仪可以利用干涉条纹的变化来测量物体的形状。
通过记录干涉条纹的位置和形态，可以得到物体表面的高度信息，从而实现对物体形状的快速测量。
这种应用广泛用于工业领域中的质量控制和产品检测。
2.薄膜厚度测量：白光干涉仪可以通过测量干涉条纹的移动来确定薄膜的厚度。
当一束光经过薄膜后，在干涉条纹上会出现位移。
通过测量出位移的大小，可以计算出薄膜的厚度。
这种方法在光学薄膜制备和表面处理等领域中有广泛的应用。
3.表面质量评估：白光干涉仪可以通过测量物体表面的几何形状来评估表面质量。
利用干涉仪可以测量出物体表面的起伏、平整度等参数，从而得到表面的质量评估结果。
4.生物医学应用：白光干涉仪在生物医学领域中也有广泛的应用。
光的干涉与衍射实验的装置设计与分析
光的干涉与衍射实验的装置设计与分析光的干涉与衍射是光学实验中非常经典也非常有趣的实验之一。
通过这个实验，我们可以深入理解光的性质和现象。
为了能够进行光的干涉与衍射实验，我们需要设计并制作相应的实验装置。
本文将从装置的设计和分析两个方面来探讨光的干涉与衍射实验的装置。
一、装置设计要设计一个光的干涉与衍射实验的装置，我们需要准备以下器材：1. 光源：光源可以使用白炽灯、激光器等。
白炽灯的特点是波长分布较宽，适合用于干涉实验；而激光器的特点是单色性好，适合用于衍射实验。
2. 狭缝：狭缝可以用来产生光的衍射。
狭缝的宽度和间距需要根据实验要求来选择。
3. 物镜：物镜的作用是将光线汇聚到焦点上，使得干涉和衍射的现象更加明显。
物镜能够调节焦距，适应不同距离的实验需求。
4. 物屏：物屏是观察干涉和衍射现象的重要元件。
物屏可以是透明的，也可以是不透明的，取决于实验设计的需要。
5. 接收屏：接收屏用于接收光的干涉和衍射现象，通常是一个平坦透明的屏幕。
通过合理搭配和布置这些器材，我们就可以进行光的干涉与衍射实验。
二、装置分析1. 干涉实验分析：干涉实验是通过两束光的相干干涉来观察干涉现象的。
当两束光相遇时，它们会发生干涉，干涉产生的结果在接收屏上呈现出明暗相间的条纹。
2. 衍射实验分析：衍射实验是通过光线遇到障碍物或通过狭缝等时产生衍射现象的。
衍射现象会在接收屏上形成一系列明暗相间的光斑。
在进行实验的过程中，我们需要注意以下几点：1. 光源的选择：根据实验的需要选择合适的光源。
白炽灯可以产生广谱的光线，适用于观察干涉现象；激光器则适合产生单色光，适用于观察衍射现象。
2. 物镜的调节：根据实验需要，调节物镜的位置和焦距，使得光线能够汇聚到焦点上。
3. 物屏的选择：根据实验目的，选择合适的物屏。
如果我们想观察衍射现象，可以使用有狭缝的物屏；如果想观察干涉现象，可以使用有两个或多个狭缝的物屏。
4. 实验环境的控制：光的干涉与衍射实验对实验环境的要求较高。
光的干涉和衍射实验
光的干涉和衍射实验光的干涉和衍射是光学中重要的现象，通过这些实验可以更好地理解光的波动性质和波动光学理论。
本文将介绍光的干涉和衍射实验的原理、实验装置以及实验结果分析。
一、实验原理光的干涉是指两束或多束光波相遇并叠加时所产生的干涉现象。
其中，两束相干光波的叠加会形成明纹和暗纹的交替分布，这取决于光波的相位差。
干涉可以是各种波的干涉，如声波、电磁波等，但在本实验中，我们将重点讨论光波的干涉现象。
光的衍射是指光波传播过程中，当波遇到一个障碍物或通过一个小孔时，波通过或绕过这个障碍物或小孔后会产生扩散现象，形成明暗相间的衍射图样。
二、实验装置1. 干涉实验装置：- 光源：可以使用激光器或者白炽灯等光源。
- 分束器：将光源的光分成两束。
- 干涉装置：将分束后的光束分别引导到干涉装置中。
- 探测器：用于观察干涉条纹的位置和形状。
2. 衍射实验装置：- 光源：可以使用激光器或者白炽灯等光源。
- 单缝或双缝装置：用于产生光的衍射现象。
- 探测器：用于观察衍射图样的位置和形状。
三、实验步骤1. 干涉实验步骤：(1) 准备好干涉实验装置，确保光源正常工作并将光源的光分成两束。
(2) 将两束光束引导到干涉装置中的投影屏或者接收屏上。
(3) 观察屏幕上的干涉条纹，并记录下条纹的位置和形状。
2. 衍射实验步骤：(1) 准备好衍射实验装置，确保光源正常工作并产生衍射现象。
(2) 将光源的光通过单缝或双缝装置。
(3) 观察光通过单缝或双缝装置后，在屏幕上形成的衍射图样，并记录下图样的位置和形状。
四、实验结果分析通过光的干涉和衍射实验，我们可以观察到明暗相间的条纹或图样，这些条纹或图样的分布情况可以直接反映出光波的相位差以及波的传播性质。
干涉实验中，条纹的间距和亮度分布与光波的相位差有关。
通过调整光源的位置或者改变干涉装置的参数，我们可以改变相位差，从而改变条纹的间距和亮度。
这些实验结果验证了光的波动性质和互相干涉现象。
衍射实验中，衍射图样的形状和分布取决于光通过障碍物或者孔径的大小和形状。
光学干涉仪原理
光学干涉仪原理光学干涉仪是一种用于测量光波干涉现象的仪器，通过干涉现象可精确测量物体的形状、薄膜的厚度以及表面质量等。
本文将介绍光学干涉仪的原理及其基本构造。
一、原理介绍光学干涉仪的工作原理基于光波的干涉现象。
当两束光波相遇时，会出现相长干涉和相消干涉。
相长干涉产生的干涉条纹明暗变化规律与光波的波长、两束光的相位差相关，从而可以推导出被测物体的相关参数。
二、干涉仪的基本构造光学干涉仪的基本构造包括光源、分束器、干涉装置和检测器等组成部分。
1. 光源：光源是光学干涉仪的起始源头，通常使用激光器或白光。
2. 分束器：分束器将来自光源的光束分成两束，一束经过参考路径，另一束经过待测路径。
分束器可以由半透明镜或光栅等组成。
3. 干涉装置：干涉装置包括参考路径和待测路径。
参考路径上的光波与待测路径上的光波相遇后产生干涉现象。
常用的干涉装置有弗朗索龙干涉仪和迈克尔逊干涉仪等。
4. 检测器：检测器用于检测干涉现象，一般采用光电二极管或光电探测器等。
三、具体测量原理不同类型的光学干涉仪采用不同的测量原理，下面将以迈克尔逊干涉仪为例进行具体说明。
迈克尔逊干涉仪由光源、分束器、干涉装置和检测器组成。
原理是利用分束器将来自光源的平行光束分成两束，一束经过参考路径的反射后与待测路径经过反射得到的光束相遇，形成干涉现象。
当两束光波相遇时，由于两束光波经过不同的路径，会存在相位差。
相位差与光波的波长以及路径差相关。
如果两束光波到达检测器时相长干涉，则形成明纹；如果相消干涉，则形成暗纹。
通过检测干涉条纹的明暗变化规律，可以计算出被测物体的形状或者薄膜的厚度。
在迈克尔逊干涉仪中，通过改变待测路径的光程差（即路径差的变化），可以得到一系列干涉条纹图案。
根据干涉条纹的变化规律，可以推导出待测物体的参数。
四、应用领域光学干涉仪广泛应用于各个领域，包括物理学、天文学、工程学以及生物医学等。
1. 物理学领域：用于测量光源的相干性、光波的波长以及光的干涉衍射现象等。
物理知识点光的干涉
物理知识点光的干涉光的干涉是光学中的重要概念之一，它揭示了光波的波动性质及其产生的干涉现象。
本文将依据物理知识点，对光的干涉进行详细论述。
一、干涉现象的基本原理光的干涉是指两个或多个光波相互叠加所形成的干涉图案。
干涉现象的产生需要满足两个基本条件：光源是相干光源，波长相同。
当光波经过不同路径传播后再次相遇时，它们会相互干涉，产生增强或减弱的干涉效应。
二、双缝干涉1. 双缝干涉的实验装置双缝干涉实验一般采用光源、狭缝、透镜和屏幕等组成。
光源发出的光经狭缝后，形成一个光源光斑，通过透镜聚焦后照射到屏幕上。
2. 双缝干涉的光程差当光波通过两个缝隙后再次相遇时，其传播路径的长度差称为光程差。
光的干涉现象取决于光程差的大小。
3. 双缝干涉的干涉图案双缝干涉的干涉图案呈现出一系列明暗相间的条纹，称为干涉条纹。
该条纹呈现出一定的规律性，可通过干涉公式和级差条件进行分析和计算。
三、杨氏双缝干涉实验1. 杨氏双缝干涉实验的装置杨氏双缝干涉实验是一种经典的干涉实验方法。
实验装置由一束狭缝光源、双缝、透镜和幕板等组成。
2. 杨氏双缝干涉的干涉条纹杨氏干涉条纹呈现出一系列黑白相间的圆环或直线条纹。
根据实验条件和光波的干涉效应，可以通过杨氏双缝干涉公式进行计算。
四、单缝干涉1. 单缝干涉的实验装置单缝干涉实验通常采用单缝光源、单缝和屏幕等组成。
单缝光源发出的光波通过单缝后形成一个光斑，映射到屏幕上形成单缝干涉图样。
2. 单缝干涉的干涉条纹单缝干涉的干涉条纹呈现出明暗相间且中央最亮的中央极大和两侧较暗的暗条纹分布。
单缝干涉的干涉效应可由单缝干涉公式和级差条件加以说明。
五、干涉现象的应用光的干涉在科学研究和实际应用中有着重要的意义。
1. 干涉仪干涉仪是一种基于光的干涉原理设计的精密仪器，常用于光学测量、干涉剖析和光学检测等领域。
2. 光纤通信光纤通信是一种基于光的传输技术。
光波经光纤传输时，可能会产生干涉现象，影响信号传输质量，因此需要进行干涉相关的优化和控制。
干涉装置
At Art
Atr
r%2 1 t%t%
Stocks倒逆关系
等倾干涉
• 在薄膜上方放置一凸 透镜，在凸透镜的像 方焦平面观察干涉条 纹。
• 此时只有相互平行的 光才能相遇，进行叠 加。
• 相互平行的光有相同 的倾角，故称等倾干 涉。
薄膜面积比光波长大得多，可以应用反射折射定律
P2
2、白光做光源 ？
在Ｍ1Ｍ2 的相交处 ,两光等光程, 即干涉仪两臂等光程 , 不论哪种波长,交点处都是等光程点，该处是暗纹，周围彩 色分布，常用来确定等光程点的位置。
Michelson干涉仪的干涉花样
等厚条纹的弯曲
2n2
h
cos
i2
(2
j
1)
2
向正上方的光线 i2 0
偏向的光线 i2 0
cos i2 1 cos i2 1
纹中心的角距离）
亮纹 2n2h cosi2 (2 j 1) 2
暗纹 2n2h cos(i2 i2 ) j
2n2hsin i2i2 / 2
i2
4n2h sin i2
膜厚增大，条纹细锐
中心条纹没有周围细锐
动态反应
考察中心点
L0 2nh m0
若h则 m
h
2n
中心级次 m0 1
原来是第4级条纹的位置现在是第5级，4、3、2、1级分别 向外移动一条，故看到 条纹自内向外冒出
级别与等倾反
rm
drm dm
1 2
R R
m 2rm
（2）愈往边缘，条纹愈密
0 1 2 345……
List of types of interferometers
• Field and linear interferometers • Intensity and nonlinear interferometers • Quantum optics interferometers • Interferometers outside optics
原子干涉重力仪结构
原子干涉重力仪结构原子干涉重力仪是一种利用原子的波动性质来测量重力加速度的仪器。
它的结构主要包括原子源、干涉装置和探测器。
原子源是原子干涉重力仪的关键组件，它可以产生出具有特定波长和动量的原子束。
常用的原子源包括热原子源和冷原子源。
热原子源通过加热使原子达到高速运动，然后通过适当的光学系统将原子束聚焦到干涉装置中。
冷原子源则通过激光冷却等方法将原子的速度降低到很低的温度，以增加原子的波长，从而提高干涉的精度。
干涉装置是原子干涉重力仪的核心部分，它由两个干涉路径组成，一般分为自由落体路径和反射路径。
自由落体路径用于测量自由下落状态下的重力加速度，而反射路径则用于对比测量，以消除其他误差。
在这两个路径上，原子束会分裂成两束，并在某个位置再次交汇，形成干涉条纹。
通过测量干涉条纹的移动，可以得到重力加速度的变化。
探测器用于检测干涉条纹的移动，并将其转化为电信号。
常用的探测器包括光电二极管和CCD相机。
探测器可以将干涉条纹的移动转化为电压信号，然后通过计算机进行数据处理和分析，得到重力加速度的精确数值。
原子干涉重力仪的工作原理是基于量子力学的干涉现象。
根据量子力学的波粒二象性，原子具有波动性质。
当原子束通过干涉装置时，两束原子波函数会相互叠加，并在某些位置形成干涉条纹。
而这些干涉条纹的移动与重力加速度有关。
通过测量干涉条纹的移动，可以得到重力加速度的变化情况。
原子干涉重力仪具有高精度、高灵敏度的特点，可以测量非常微小的重力加速度变化。
它在地质勘探、地震监测、重力地形测量等领域具有广泛的应用前景。
与传统的重力仪器相比，原子干涉重力仪具有更高的精度和稳定性，可以对重力场进行更加准确的测量。
然而，原子干涉重力仪也存在一些挑战和限制。
首先，原子干涉重力仪的制造和操作非常复杂，需要高度精密的技术和设备。
其次，原子干涉重力仪对环境的要求非常高，需要在真空或极低温的条件下进行实验。
此外，原子干涉重力仪的测量范围和灵敏度也存在一定的限制。
光的干涉实验的设备要求和注意事项
光的干涉实验的设备要求和注意事项光的干涉实验是研究光波干涉现象的一种常见实验方法，通过干涉实验可以揭示光波的波动性质和光的相干性。
为了确保实验的准确性和可靠性，以下是光的干涉实验的设备要求和注意事项。
一、设备要求1. 光源：实验中所需的光源应具备一定的亮度和稳定性。
常见的光源包括白光灯、气体放电灯（如汞灯和氢气灯）、激光器等。
根据实验要求选择合适的光源。
2. 干涉装置：干涉装置是光的干涉实验的关键部分，通常包括分光装置、反射镜、透镜、狭缝和干涉屏等。
分光装置用于将光源分成两束具有相干性的光，反射镜和透镜用于控制和调节光线的路径和焦距，狭缝用于调节光的强度和干涉条纹的宽度，干涉屏用于观察干涉现象。
3. 稳定平台：由于光的干涉实验对精密度要求较高，实验装置需要放置在稳定的平台上，以减小外界振动和干扰对实验结果的影响。
4. 光学仪器：实验中常用的光学仪器包括投影仪、显微镜、干涉仪等。
根据实验需求选择合适的光学仪器辅助实验，以提高实验结果的精确性和可观测性。
二、注意事项1. 环境控制：光的干涉实验对环境的控制要求较高，应尽可能避免强光直接照射实验装置，同时注意避免灰尘和杂质对光线的影响。
实验室应保持适当的温度和湿度，以减小环境引起的测量误差。
2. 校准装置：在进行光的干涉实验之前，需要对干涉装置进行校准，以确保实验结果的准确性。
校准过程中，应注意调整光源、反射镜、透镜、狭缝和干涉屏等部件的位置和角度，使其达到预期的效果。
3. 数据记录：实验中需要准确记录实验数据，包括光源的特性、干涉条纹的位置和形态等。
记录数据时应注意测量仪器的精确度和分辨率，尽可能减小人为误差。
4. 安全注意：在进行光的干涉实验时，需要注意安全问题。
避免直接观察强光源以免对眼睛造成伤害，同时注意实验装置中的高压电源和激光器等可能存在的危险因素。
5. 多次实验：为了排除实验误差和随机因素对结果的影响，建议进行多次实验并取均值。
实验数据的稳定性和一致性是评价实验结果可靠性的重要指标。
牛顿环
实验八 牛顿环一、实验目的1、了解分振幅法产生等厚干涉现象的方法，加深对等厚干涉特点的理解。
2、学会用牛顿环测定透镜曲率半径的方法。
二、实验原理牛顿环，一种产生同心圆环的等厚干涉装置，由牛顿首先发明，故名。
牛顿 环仪由一块平面玻璃板，其上放置一块曲率半径R 很大的平凸透镜组成。
平面与球面之间形成一个空气薄层（空气膜），以接触点为中心的任一圆周上各点的空气层厚度相等。
当用平行的单色光垂直照射空气膜时，则在平面玻璃板和平凸透镜曲面上两反射光相互干涉而形成以中心点为中心的同心圆环的等厚干涉条纹。
利用光的等厚干涉现象不仅可以测定平凸透镜的曲率半径，还可以检验表面的平面度、球面度、精确测定长度、角度、测定微小形变等。
如图8-1 所示，波长为λ 的单色光垂直照射曲率半径为R 的平凸透镜所形成的空气膜上。
当入射光经上下表面反射形成两相干光，根据光路分析，其等厚h 处，图8-1其光程差22cos 2hn i λ∆=+，（空气的折射率n ≈1，2i 是折射角）当光垂直照射时入射角10i =，折射角20i =。
所以22h λ∆=+（8-1）当h 处的光程差满足: 2(21)22h k λλ+=+ （8-2）发生相干相消产生了暗条纹，k 为干涉级数；若h 处的光程差满足：22h k λλ+= （8-3）相干相长产生亮条纹；由图 1 可知222222()2m m R r R h r R Rh h =+-=+-+，因R >>h ，故略去2h ，得22m r Rh = （8-4）设m r 是第m 环纹的半径，则对应空气膜厚度22mr h R =将此值代入（8-2）式得2m r k R λ=或2m r Rk λ=，或2m r R k λ= （8-5）该公式表示：由于r =m r 与k 和R 的平方根成正比，故环纹由内向外越 来越密，且越细。
若已知波长λ，干涉级数k 。
并测出第k 干涉级数暗环纹半径m r 就可算出曲 率半径R 。
第三章干涉装置和光场的时空相干性
有： I A 2I0 (1 cos A )
I B 2I0 (1 cos B )＝2I0 (1 cos A )
则：I I A I B 4I0
两套条纹峰谷相对时
IM
Im
0
IM Im
（3）线光源时的反衬度
s 设任一点光源距中心点的位移为
此点光源在屏幕上任一点P的相位差为
k[(r2 r1) (R1 R2 )]
D
R
cos 2fx cos 2 d s sin 2fxsin 2 d s
R
R
b / 2
( cos 2fxcos 2
d
s sin 2fxsin 2
d
s)ds
b / 2
R
R
R cos 2fxsin u b cos 2fx sin u
d
u
其中 ： u bd
f d
R
D
I
(x)
2bI
0 [1
sin u
条纹间距时，总光强反衬度下降为零。
已 两个知点：源x0错开的x距/ 2离就D2为d：且s：sR
R D
x0
IA IB
2I 2I
0 0
(1 (1
ccooss由于BA ))：其 A中：2I0
2d
I1
dx D
I2
B
2
[(r2
r1 ) (R1
R2 )]
2
B A
u
cos
2fx]
反衬度： I M I m sin u
IM Im u
u bd 时 , 0
R
即：b R 时，干涉条纹反衬度为零。
d
结论：
（1）随线光源变宽，反衬度逐渐下降
光的干涉与干涉装置的应用
光的干涉与干涉装置的应用光的干涉，作为光学的重要现象之一，一直以来都备受科学家的关注与研究。
干涉是指当两个或多个光波相遇时，它们之间相互叠加或抵消的现象。
这种相互影响的结果可以呈现出干涉带、干涉环等形式，显示出光的特性与行为。
而干涉装置则能够利用光的干涉现象进行测量与应用。
一、光的干涉原理光的干涉是基于光的波动性质而产生的，光波在传播过程中会受到多种相互影响的因素，包括波长差异、相位差等。
当两束光波相遇并叠加时，它们的相位差会决定叠加效果。
当相位差为整数倍的2π时，叠加结果为增强干涉；当相位差为奇数倍的π时，叠加结果为减弱干涉。
这种干涉现象在光的传播过程中发生频繁，形成了一系列光的干涉现象。
二、光的干涉带与干涉环当两束光波相遇并干涉时，可以产生干涉带的现象。
干涉带是由交替的亮纹和暗纹组成的，亮纹处光强度增强，暗纹处光强度减弱。
干涉带的形态取决于光源的波长与干涉装置的参数。
当两束光波波长相同且相干时，干涉带呈现出平行的直线或形状复杂的图案。
在特定的条件下，干涉带的形成会形成干涉环。
干涉环是一系列同心圆环，其半径与光源、干涉装置的参数相关。
利用干涉环的特性，科学家们可以进行精准的测量和实验，尤其在大气、微观领域具有重要应用。
三、干涉装置的应用干涉装置是应用光的干涉现象进行实验和测量的工具。
其中，迈克尔逊干涉仪是最为常见的一种干涉装置。
迈克尔逊干涉仪利用光的干涉现象进行长度测量，可以测量极小距离、解析纳米级物体并用于光学制造、激光技术、光纤通信等领域。
同时，干涉装置还可以用于实验教学，帮助学生更好地理解和掌握光的干涉现象。
除了迈克尔逊干涉仪，还有许多其他类型的干涉装置被广泛应用于科学研究和实践中。
例如杨氏干涉仪、弗菲尔德干涉仪等，它们在光子学、光谱学以及精密测量领域发挥着重要的作用。
干涉装置的应用不仅局限于科学研究领域，在现实生活中也有广泛的应用。
例如在光学成像技术中，激光干涉成像可以提供高分辨率的图像信息。
光的干涉
Tomas. Young（1773-1829）在1801年首先 用实验的方法研究了光的干涉现象，即著名的杨 氏双缝干涉实验。这个实验，在科学史上最早得 到两列相干光波；最早以明确的形式确定了光波 的叠加原理；用光的波动性解释了干涉现象。这 为光的波动理论确定了实验基础。
1.实验装置 Young使用强烈的单色光照射到开 有小孔(缝)S的不透明光阑上，后置一 平行的、开有双孔(缝)S1和S2的光阑， 且关于S对称。由S1和S2发出的光照射 到光屏上，出现了干涉条纹。Young用 Huygens原理解释了这一实验。
n
2.等厚干涉的应用 ①测量微小物体的厚度 将物体夹在两薄玻璃片间，形 成劈尖，用单色平行光照射。
d
d L ,
L d 2nl
2nl
L
n
例：测量钢球直径 用波长为589.3nm的钠黄光垂直照射长 L=20mm 的空气劈尖，测得条纹间 距为： 1.18 104 m 。求：钢球直径d。
二、获取相干光的方法
1.分波面法 在光源发出的光的某一波 面上，取两个子波源，他们发 出的光可产生干涉现象，此法 称为分波面法。如杨氏双缝、 双镜和劳埃镜等干涉实验。
2.分振幅法
一束光线经过反射、折射 后，形成的两束光线产生干涉 的方法称为分振幅法。如薄膜 干涉、等厚干涉等。
3.干涉条纹公式 ①干涉相长（明纹中心）
1 i
2
在薄膜的上下表面产生的反 射光与透射光，满足相干条 件，经透镜汇聚后，在焦平 面(光屏)上产生干涉条纹。
n1 n2 n3
d
二、劈尖等厚干涉
劈尖 两平板透明介质（玻璃）的一端棱边接触而形成的夹角很小的器 件，称为劈尖。若透明介质间为空气就称为空气劈尖。
物理实验迈克尔逊干涉仪实验
物理实验迈克尔逊干涉仪实验迈克尔逊干涉仪是一种基于干涉现象的物理实验装置，由美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊于1881年发明。
通过迈克尔逊干涉仪实验，我们可以观察到光的干涉现象，并进一步了解光的波动性和光的性质。
在本文中，我们将介绍迈克尔逊干涉仪的实验原理、实验步骤和实验结果的分析。
实验原理：迈克尔逊干涉仪的实验原理基于光的干涉现象和分光反射镜的特性。
迈克尔逊干涉仪由两面相互垂直的镜子组成，其中一面是半透明的分光反射镜。
当光线照射到分光反射镜上时，一部分光线透射通过，一部分光线反射掉。
透射光线和反射光线沿不同的路径传播，最终再次相遇形成干涉现象。
实验步骤：1. 准备实验材料和仪器，包括迈克尔逊干涉仪、光源、干涉纹检测器等。
2. 将迈克尔逊干涉仪放置在水平台上，并确保镜子垂直地安装在支架上。
3. 将光源置于适当的位置，使得光线能够照射到分光反射镜上。
4. 调整分光反射镜的角度，使得反射光线和透射光线的路径长度相等。
5. 打开干涉纹检测器，观察干涉纹的出现和变化。
6. 调整迈克尔逊干涉仪的一面镜子的位置，观察干涉纹的变化，记录实验结果。
实验结果分析：通过迈克尔逊干涉仪的实验，我们可以观察到干涉纹的出现和变化。
干涉纹是由光的干涉产生的亮暗交替的条纹，用于表示光的波动性和光的相位变化。
在实验中，当两束平行光线从迈克尔逊干涉仪的分光反射镜射出后，经过两面镜子的反射和透射，再次相遇时，光线的相位差会引起干涉现象。
如果两束光线的光程差是波长的整数倍，将会有加强干涉现象的出现，形成明条纹；而如果光程差是波长的半整数倍，将会有干涉现象的减弱甚至消失，形成暗条纹。
通过观察干涉纹的出现和变化，我们可以判断出光线的相位差和波长的关系，从而进一步了解光的波动性和干涉现象。
总结：迈克尔逊干涉仪实验是一种基于光的干涉现象的物理实验。
通过观察干涉纹的出现和变化，我们可以了解光的波动性和光的性质。
在实验中，我们需要准备实验材料和仪器，并按照实验步骤进行操作。
干涉实验的使用方法与技巧分享
干涉实验的使用方法与技巧分享干涉实验是一项重要的物理实验，它通过光的干涉现象展示了波动性的特点。
干涉实验不仅在教育领域被广泛应用，也在科学研究中发挥着重要的作用。
然而，干涉实验的操作并不简单，需要掌握一些使用方法和技巧。
本文将分享一些关于干涉实验的使用方法和技巧，帮助读者更好地进行干涉实验。
1. 实验装置的搭建干涉实验通常需要使用一束单色光源、一块分光镜以及干涉装置。
首先，选择一束单色光源，如激光器或光波箱。
接着，将光源射出的光束通过分光镜分割成两束，其中一束作为参考光，另一束通过干涉装置与参考光发生干涉。
干涉装置的选择可以根据实验的需要来确定，常见的有杨氏双缝干涉装置和菲涅尔双透镜装置。
搭建好实验装置后，确保实验过程中光源稳定、光束对准和实验装置无误。
2. 干涉条纹的观察干涉实验的核心是观察干涉条纹。
为了正确观察和记录干涉条纹，可以采用以下几种方法和技巧。
首先，调整实验装置，使得参考光和经过干涉装置的光束重叠并形成干涉条纹。
可以通过移动光源或调整分光镜的位置来实现。
其次，选择合适的观察距离和观察角度。
观察距离应保持适中，既可以清晰地观察到条纹细节，又能够覆盖足够长的距离。
观察角度对于观察平面波和点源波的干涉条纹有着不同的效果，可以通过改变观察角度来观察不同类型的干涉条纹。
最后，使用适当的测量工具，如光栅、摄像机或显微镜，可以对干涉条纹进行定量分析和记录。
3. 干涉条纹的调节在干涉实验中，有时需要调节干涉条纹的形状、数量和亮度。
这就要求我们掌握一些调节技巧。
首先，当干涉条纹不清晰或不稳定时，可以通过调整光源的位置或角度来改善。
其次，可以通过调节干涉装置的参数来改变干涉条纹的特性。
例如，对于杨氏双缝干涉实验，可以调节双缝间距和缝宽，以改变干涉条纹的间距和亮度。
对于菲涅尔双透镜干涉实验，可以调节透镜的距离和倾角，以改变干涉条纹的形状和数量。
此外，利用干涉滤光片或颜色滤光片，也可以改变干涉条纹的颜色和亮度。
光的干涉和衍射的实验
光的干涉和衍射的实验光的干涉和衍射是光学中重要的实验现象。
在这篇文章中，我们将介绍光的干涉和衍射的实验原理、实验装置和实验结果。
一、实验原理光的干涉是指两个或多个光波相遇时产生的干涉现象。
干涉可以分为构造干涉和破坏干涉两种。
构造干涉是指光波相遇形成强光强的区域，而破坏干涉则是指形成弱光强的区域。
光的衍射是指光波经过一个开口或者绕过一个物体后出现的衍射现象。
衍射可以通过狭缝衍射和物体衍射来实现。
二、实验装置1. 干涉仪：干涉仪是进行干涉实验的主要装置，一般由光源、分光装置、光束分束器、光程差调节器、干涉屏和接收屏组成。
2. 双缝干涉实验装置：双缝干涉实验装置是用来观察干涉现象的常见装置。
它由光源、双缝装置、凸透镜和荧光屏组成。
3. 单缝衍射实验装置：单缝衍射实验装置是用来观察衍射现象的常见装置。
它由光源、单缝装置、凸透镜和荧光屏组成。
三、实验步骤1. 干涉实验a. 准备干涉仪装置，调节光源和分光装置使光线稳定和分束。
b. 调节光程差调节器，使得两束光波的光程差相等。
c. 在干涉屏上观察干涉条纹的出现情况。
2. 双缝干涉实验a. 准备双缝干涉装置，调节光源和双缝装置使光线稳定和通过缝隙。
b. 调节凸透镜的位置和焦距，观察荧光屏上的干涉条纹。
3. 单缝衍射实验a. 准备单缝衍射装置，调节光源和单缝装置使光线稳定通过缝隙。
b. 调节凸透镜的位置和焦距，观察荧光屏上的衍射图样。
四、实验结果通过上述实验装置进行光的干涉和衍射实验后，我们可以观察到干涉条纹或衍射图样，从而验证干涉和衍射现象的实验结果。
实验结果的分析和讨论有助于我们深入理解光的波动性质，并且在实际应用中具有重要意义。
例如在光学领域，干涉和衍射技术广泛应用于干涉仪、衍射光栅、激光和光波导等方面。
结论光的干涉和衍射实验是研究光波特性的重要实验现象之一。
通过实验装置的搭建和实验步骤的完成，我们可以观察到干涉和衍射的现象及其对应的实验结果。
这些实验结果在光学研究和应用中具有重要意义。
双缝干涉实验装置的制作
不过
,
中学常
有 的 生 物 显 微 镜 目镜 虽 是 惠更 斯 目 镜 系 统
纹
.
但 可用来 观 察干 涉条
。
惠更斯 目 镜具有 宽广的 视场
,
,
视 角达 4 0
定 性的 观 察 干 涉 条 纹 相 当 方 便
。
如 用它 作 定
量 的观测须 加制 一付叉 丝 干 涉条 纹 的 光 路 图
O
,
.
.
一般 取 0
,
.
2~
0毫 米
.
双 缝 到 光屏 的 距离 L : L 的 大小 同 样 影 响 相 邻的 两条 明 或 暗 条 纹的 距 禽 △ 亨 的 大 小 增 大 L △ , 也 增 天 但条 纹 的 亮度显 著 弱 ` L 不 宣 大 于 1 米 除 非 采 用 聚 光 性 好 的 强 光
、
为此 可 用 助 视 仪 器 来 观 测 干 涉条 纹
可成 实像 用各 类 目 镜都可 观察
一
,
利 用 有测 量 机 构 的 助 视
、
读数显 微镜
,
通 过 仪 器 分 划 板 上 可 移 的 十 字 叉 丝 和标 尺
,
。 , ,
读数 轮 鼓来 测 出
。
两 条相邻 的明条 纹之间 的距离△
一 般 中 学 物 理 实 验 室 并 不 具 备此 类 仪 器 没 有 十字 叉 纹 和 读 数 机构
、
双 缝 干 涉 实 麟 装 置 的 制 作
肖 先
对 于高 中物理
“
茶
,
光的 干 涉
”
一节
,
为 了 达 到应 有的 教 学 效 果
自制简易光干涉实验装置
第24卷中小学实验与装备2014年第6期35 自制·改进·创新自制简易光干涉实验装置湖北省华中师范大学第一附属中学(430223) 葛安铭现代社会科技高速发展,光学技术也得到了广泛的应用,在光通讯、3D显示、光伏发电等行业领域发挥着重要作用。
这些技术的应用都需要从了解光的本质、基础理论做起,光的干涉是其基本理论之一,透彻的理解光的干涉原理便于更深一步的学习。
1 制作原理制作原理是根据光的干涉理论,即两列性质相同的波(频率、振动方向一致)在相遇的叠加区域,可产生明暗相间的条纹,这就是光的干涉现象。
产生干涉现象的波源叫相干波源,最易得到的就是单色性极好的激光。
2 制作器材与方法(1)实验平台:可采用1m2左右的方形桌面。
(2)相干波源:可采用红色激光教鞭,固定在V 型槽支架上,如图1所示。
图1 各器件的制作(3)反射镜、分光镜、放大镜、观察屏的制作:基座可用边长为5c m左右的立方体硬包装盒(去掉盒盖),里面装满细沙,起到减少震动的作用;镜片支架可用长度10c m、直径3c m左右的塑料水管,一端插入硬包装盒的细沙里,一端锯出豁口插入镜片;反射镜、分光镜割成边长为4c m的方形,反射镜用平时生活用的镜子制作,分光镜用透明玻璃,放大镜放大率为5~10倍;观察屏用边长为10c m 的方形玻璃贴上白纸即可。
3 实验过程3.1 调器件的高度在观察屏的中心画1个“十”字线,以“十”字线的高度为基准,分别调反射镜中心、分光镜中心、放大镜中心、激光笔发出的激光束等的高度与“十”字线的高度基本一致。
3.2 调器件的水平和垂直首先调激光束的水平,方法是调激光笔的俯仰,使激光束从远到近都打到观察屏的“十”字线中心;其次调反射镜、分光镜、放大镜的垂直,方法是分别将其放入激光束中,调其俯仰使反射光或透射光都打到观察屏的“十”字线中心。
图2 光路摆放3.3 光路摆放如图2所示,红色激光笔发出的激光束经分光镜分成两束,一束反射到反射镜1上,再经反射镜1反射后透过分光镜,经放大镜放大后打到观察屏的“十”字线中心;另一束透射到反射镜2上,经反射镜2反射、分光镜分束、放大镜放大后打到观察. All Rights Reserved.36 中小学实验与装备2014年第6期第24卷图3 干涉条纹屏的“十”字线中心。
林尼克干涉原理
林尼克干涉原理林尼克干涉原理解析什么是林尼克干涉林尼克干涉（Linnik Interferometer）是一种基于光的干涉原理的实验装置，能够通过干涉现象来分析材料的性质和评估其表面质量。
林尼克干涉被广泛应用于光学和材料科学领域，为我们提供了一种非常有效的研究工具。
林尼克干涉原理林尼克干涉原理是基于光的干涉现象，即光的波动性质导致光波在空间中叠加和干涉的现象。
当光波在不同的路径上传播时，它们会相互叠加，形成干涉图样，从而提供了关于被测物体的有用信息。
直射光与反射光的干涉使用林尼克干涉装置时，我们通常会将一束光直接照射到被测物体上，这是直射光。
另外，被测物体上的光还会经过反射，形成二次光束，也就是反射光。
这两束光再次相遇时，会产生干涉。
林尼克干涉装置的结构林尼克干涉装置通常由多个主要组件构成，包括光源、分光镜、透明样品和检测装置。
分光镜将入射光分为两束，一束直接照射到透明样品上，另一束则被反射后与样品上的光叠加。
最后，通过检测器检测干涉产生的光强变化。
林尼克干涉的应用林尼克干涉广泛应用于材料科学和光学领域。
它可以用来分析材料的表面形貌、厚度变化和光学特性。
例如，通过监测干涉图像的变化，我们可以评估材料的平整度和光学等级。
此外，林尼克干涉还可用于非破坏性测试，如检测半导体器件的质量和分析涂层的均匀性。
总结林尼克干涉是一种基于光的干涉现象的实验装置，通过光波的叠加干涉来分析材料的性质和表面质量。
该装置结构复杂，包括光源、分光镜、透明样品和检测器等。
林尼克干涉在材料科学和光学领域有广泛应用，能够提供非破坏性的表面分析和性能评估。
林尼克干涉的工作原理林尼克干涉的工作原理可以解释为以下几个步骤：1.光源发出的光线经过分光镜，分为两束光线，一束经过透射，直接照射到透明样品上，而另一束被分光镜反射后与样品上的光线叠加。
2.反射光线与透射光线在样品上相遇时发生干涉，干涉产生的波纹图样被称为干涉图像。
3.检测器接收到干涉图像，并将其转化为电信号。
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A cos(kz t) A ) cos(kz )
cos (k z
t
)
形成驻波
2
2
Z=0，I=0,反射时有半波损失
2Asint sin kz I 4A2 sin 2 kz
z / 2
l z / sin /(2sin )
n2 n2
cos i2 cos i2
sin(i1 sin(i1
i2 ) i2 )
rp
EP 1 EP1
n2 n2
cos i1 cos i1
n1 cosi2 n1 cosi2
tg(i1 tg(i1
i2 ) i2 )
ts
Es2 Es1
2n1 cos i1
菲涅耳（Fresnel）双镜
两个平面镜M1，M2 ，夹角为α，一个光 源S发出的光波经它们反射后，相当于从 S的像点S1、S2 发出。 由于来自同一光源，S1、S2 是相干的。
三．罗埃镜
由一个光源和一个反射镜组成 光源S经平面镜成像S’。 直接射到屏上的光，与经平面镜反射后 射到屏上的光进行相干叠加。 当平面镜前端与屏接触时，应该出现零 级亮纹处却出现暗纹，说明由于反射产 生半波损失。
tp
EP2 EP1
rs
Es1 Es1
ts
Es2 Es1
光强反 射率
Rp | rp |2 Rs | rs |2
光强透 射率
Tp
n2 n1
|tp
|2
Ts
n2 n1
| ts
|2
能流反射率
等于光强的反射率
能流透射率
I p2S2 I p1S1
tp2
cosi2 cosi1
Is2S2 I s1S1
第四章 干涉装置
分波前的干涉装置 分振幅的干涉装置 光波场的空间相干性 光波场的时间相干性
4.1 菲涅耳（Fresnel）公式
入射光在媒质界面处分为反射和折射两部分。 将振动矢量分解为垂直于入射面的S分量和平 行于入射面的P分量。P 、S和k构成右手系。 S沿+y方向为正。图示为各个分量的正方向。 Fresnel公式描述了各个分量的电矢量之间的 关系。 对于定态光波，Fresnel公式也是各个分量复 振幅之间的关系式。
反射光有半波损失
暗点
四. 菲涅耳（Fresnel）双棱镜
五．维纳驻波的干涉
入射平面波与其反射波的相干叠加 波场中形成驻波 反射波有半波损失
G
l
z 1 A1 cos(kz t) 2 A2 cos(kz2 2A cos(t
但反射率较为复杂。 n1 n2,i1 i2
rs
sin(i1 sin(i1
i2 ) i2 )
i1 i2 , rs 0;
n1 n2 , i1 i2 i1 i2 , rs 0。
rp
tg(i1 tg(i1
i2 ) i2 )
i1 i2 2 ,tg(i1 i2 ) 0
cosi2 cosi1
Is2S2 I s1S1
Ts2
cos i2 cos i1
位相关系
如果将公式中的振动量作为复振幅处理，则反射 率、透射率即为两个复数的比值，其幅角便是相应两列 波的位相差的负值。
(rp ) arg(rp ) (t) arg(t)
无论何种情况，透射率总是正实数，其幅角 为0。说明折射时没有出现位相的突变。
i1
i2
2
, tg (i1
i2 )
0
n1 n2,tg(i1 i2 ) 0
n1 n2,tg(i1 i2 ) 0
i1 i2 2 ,tg(i1 i2 )
rp 0 i1 iB
n1
n2 ,且i2
2
时,出现全反射
i1 iC
Brewster角 临界角
r
r
0
At Art
r r,
r2 1 tt
r 2 r 2
Atr
Stocks倒逆关系
4.2 分波前的干涉装置
一．杨氏干涉 （双孔干涉或双缝干涉） 每一孔或狭缝都是从光源发出的波场中 的一点，相当于将波前分割，然后相遇、 交叠，进行相干叠加。 成为分波前的干涉。 关键是设法获得两个或更多个相干的波 前。
sin b
b
sin b
b
sin b
b
干涉条纹消失 0
b b l
d
由于扩展光源导致干涉消失， 称为光的空间相干性。
扩展光源的宽度应满足一定的要求。 b l
d
或者，在扩展光源的宽度一定时， d l
ts2
cos i2 cos i1
i1 i1 i2
反射后光束截面积不变
折射后光束截面积改变
能流透 射率
I p2S2 I p1S1
tp2
cosi2 cosi1
S2 S1
1 cos i1
cos i2
Is2S2 I s1S1
ts2
cos i2 cos i1
rs
Es1 Es1
n1 cos i1 n1 cos i1
a~(z, k) A~ / k
t 2 t 2c t ckt
U~(z, k)
A~ei
(
kzt
)
A~eik ( zct)
A~ e ikz
U~(
x)
A~
k0
k 2
k0
k 2
A~ k
eikzdk
A~ k
ei(k0
2i sin(kz / 2) eik0z A~
s
k
P, S, K成右手系
EP2
2n1 cos i1
2sin i2 cosi1
EP1 n2 cos i1 n1 cos i2 sin(i1 i2 ) cos(i1 i2 )
反射率与透射率
从Fresnel公式可以直接得到反射率和透射率。
振幅反 射率
振幅透 射率
rp
EP 1 EP1
i2 ) i2 )
1, 1,
n1 n1
n2 n2
Eye
rp
n2
EP 1 EP1
tg(i1 i2 ) tg(i1 i2 )
1, 1,
n1 n1
n2 n2
反射光有半波损失。
Ep1
Es1
Es1
如果从光密介质到光疏介质，
y
入射角大于全反射临界角，情况复杂。
Ep1
z
只有第一列反射光产生了半波损失
n1 n2 n1
透射光都不需要考虑半波损失
Stocks倒逆关系
入射波振幅为A。
r，r’，t，t’：界面对振幅的反射率和透射率。
A 光路可逆原理。 Ar
Att Arr
Ar2 Att A r 2 tt 1
Art Atr 0
z
Ep1
Eye
y
rp
EP 1 EP1
tg(i1 tg(i1
i2 ) i2 )
1, 1,
n1 n1
n2 n2
Es1
从光疏到光密，反
x Ep1
射引起π的位相突变，相当 于产生了λ/2的附加光程差，
称为半波损失。
Es1
光密到光疏，没有半波损失
n1 n2
sin(i1 i2 )
EP1 n2 cosi1 n1 cosi2 tg(i1 i2 )
EP1 n2 cosi1 n1 cosi2 tg(i1 i2 )
折射光的电矢量
k2
z
Es2
2n1 cosi1
2 sin i2 cosi1
Es1 n1 cosi1 n2 cosi2 sin(i1 i2 )
(x
2 )]
I
2I0
b
2 b
2
dx[1
c
os
2
(x 2 )]
2I0 (b
sin b
cos 2
2)
b I Max 2I 0b 2I 0 sin
I Min 2I 0b 2I 0
sin b
当短波的j+1级与长波的j级重合时，条 纹将无法分辨，干涉现象消失。
~
x j r0
d
x j r0
d
相干长度
~
j , j 1
j
j( ) ( j 1)
j / 最大相干级数
1 1
对应的光程差
0 Max j( ) ( j 1)
Ep1
Es1
Es1
k1
k1
Ep1
i1 i1 i2
x Eye
z
n1 n2
y Es1
Ep1
Es1
Ep1
z
Ep1
Ep1
掠入射
i1 / 2