光学设计实验 光的干涉、衍射

二、光的干涉、衍射

1．弹性波的反射

在一个轻质软绳左端拴一个金属环，金属环套在一个杆状物上(如桌子腿等)。摇动软绳的右端，一个脉冲波从软绳的右端向左传播，到达杆状物后受到反射。观察反射波波形与入射波波形的关系，可以看到反射波在相位上、幅度上与入射波均不同。用透明胶带将金属环固定在杆状物上，重复上面的实验。看看端点固定时与端点自由时，波反射的区别。下图是一个典型的结果。

2. 水波存在折射定律吗？

找一个比较浅的水槽，如盘子等。其内加入很浅的一层水。用手敲击水面产生水波，可以看到水波沿水面传播。在水槽中放置一个透明物体，如打印机透明片、有机玻璃板等，使此处的水变得更浅一些。观察水波在水深不同处的形貌有何不同。讨论一下，水波是否遵循折射定律。实验中，可以调整透明物体的边与水波传播方向之间的夹角，透明物体的厚度，水波振幅，水波频率等条件，看看不同条件下水波偏折的异同。下图为一个典型的实验结果。

. 水波的单缝衍射

如水泥块，金属棍等，重物厚度大于水的厚度。使两个重物构成狭缝。一是用比较轻的泡沫板代替重物搭建一个狭缝，3在水槽中放置两个重物，用手敲击水面形成水波，观察水波通过狭缝的传播行为与狭缝宽度的关系。典型结果如下图所示。

在此基础上可以做两个有趣的实验：看看此时衍射是什么样子；二是当水的厚度大于重物厚度时衍射的形貌，注意此时两个重物的厚度不同时，会有一些有趣的事情发生。

．水波的双缝干涉实验

我们可以观察双缝反射的一些现象。这里，我们需要三个重物，4用于上面实验相似的方法，其中一个重物要求比较窄，略大于水波波长，另外两个较宽。将比较窄的重物插到其它两个重物中间，形成双缝结构。用手指敲击水面，形成水

波，水波经过双缝后将形成双缝干涉图案。注意双缝干涉图案随波长的变化，随狭缝间距，狭缝宽度等的关系。可以发现，在特定情况下，可以观察到清晰的双缝干涉，而有时干涉条纹看起来跟单缝衍射没什么区别，另一些情况看起来则与没有狭缝存在时的情况相同。分析不同情况的条件，看看与光学衍射理论是不是一致的。

5．水波干涉条纹

微波炉饭盒，在其内注水。在饭盒一侧放一个宽度略小于饭干涉击水面不同位置，可以形成两个不同的球面波。这里的不同可以是振幅图样。个有趣的实验是：用手指敲击水面后，在容器壁附近可以观察到反射球面波与. 白光的相干长度有多长？

在日光下，从反射方向观察玻璃看是否有干涉条纹。. 镀膜眼镜片反射光的颜色

以降低反射光的强度。从反射方向看，眼镜片呈现特定 找一个长方形的盒的木条。敲击木条，可以看到平面波型的水波沿着饭盒向前传播。用手指敲击饭盒中心处得水面，可以看到有球面波型的水波产生。通过敲击，我们可以看到

通过敲击木条和饭盒中心水面，可以看到平面波与汇聚球面波，发散球面波条纹。

用手指敲不同，也可以是频率或相位不同。看看不同球面波的干涉形貌如何。

利用两个成一定夹角，间距较近的木条，也可以观察到两个平米波的干涉

一入射球面波的干涉情况。可以考虑一下，此时反射波与入射波是否存在π相位？如何消除/引入π相位？

6将两片平玻璃叠置在一起，用手压紧两个玻璃片，看是否有条纹。从实验结果可知，白光的干涉长度的量级是多少。用同样的方法看日光灯，白色LED 手电，看看与日光干涉长度是否一个数量级。用彩色纸盖住手电，看看彩色光的相干长度有多长。

7众所周知，镀膜眼镜片可颜色（一般为绿，紫等色）。将眼镜片浸入水中，观察眼镜片是否有反射光，

反射光颜色有无变化。在眼镜片上滴一滴水，透过水滴观察反射光的颜色。由此可知折射率对于薄膜反射的重要影响。

8．油膜的干涉现象

植物油，使植物油扩散到整个水面上，在阳光下可以看见干涉. 单缝衍射

观察单缝衍射的方法，通过两相邻手指形成的狭缝观察日光灯。手指应10．菲涅耳衍射

光源A 被透镜B 聚焦于孔阑C 处。光线再发散，照亮屏幕G PPT

在水杯中滴入一滴的彩色条纹。继续滴入植物油，观察干涉条纹随油滴数增加的变化。利用这种方法，可以粗略地确定阳光的干涉长度。考虑一下实验方案。

思考：怎样让油能扩散的均匀（试放些清洁剂，油等）

9一个简单平行于日光灯方向，并且尽可能靠近。另一个简要的方法是将两根缝衣针紧靠在一起，通过缝衣针的缝隙观察日光灯。

投影仪的光路可以用下面光路进行描述，。在屏前放些物体，如螺钉，细线等，观察屏的图案。调整投影仪发光的颜色（可以用调节文件页面配色方案等方法实现）观察屏上图案变化，看看颜色对菲涅耳衍射有什么影响。

图39 菲涅尔衍射

11．羽毛的衍射

到。羽毛以鸡毛，鸭毛的直羽为宜。转动羽毛，使激光的入射方向．准周期的光栅衍射

灰尘，灰尘越细越好。将灰尘撒到空中，等沉降几分钟再3. 纱窗的衍射

放置一个放大镜（也可用装满水的透明水杯或水瓶代替），观察地4. 哪位歌手与光谱仪更相配

手的CD 。用日光照射到CD ，分析反射光的分光特自己的声音做一个光谱仪如何？

5．谁更适合做光学实验

时，光路调节好，可以看到清晰的干涉条纹。让同学将手

将激光笔照射变化，观察不同角度下透射光与反射光的不同。在羽毛上刷上一层油，重复上面的实验。看有什么变化。在羽毛上撒上细密的灰尘，看看此时透射光与反射光的性质。

12用玻璃板收集空气中的用玻璃板收集，用激光笔照射到附有灰尘的玻璃板上，观察衍射图样。

1在纱窗的后面面上的图案，考虑其与双缝干涉的异同。调整纱窗的一根或几根纱线，使其间距偏离纱窗的周期，看看衍射图样是否用变化。

1找不同歌手，不同风格的歌性，判断哪位歌手的CD 更适合做光谱仪。对比CD 在风光方面与VCD 有什么区别。

思考：用1在做迈克尔逊干涉实验插到其中一个光臂的下面，（注意不要碰到镜子等器件）。看看干涉条纹是否有抖动，并评估一下谁的抖动情况最严重。由此似乎可以得出结论：条纹有抖动的的人不适合做光学实验。

思考：真的吗？