双光束干涉PPT学习教案

1、会计学1 双光束干涉双光束干涉 x k=+1 k=-2 k=+2 k= 0 k=-1 S1 S2* * I 激激 光光 第1页/共22页 Sl 和和 S2 双缝从来自狭缝双缝从来自狭缝 S 的光波波面上分割出很小的光波波面上分割出很小 的两部分作为相干光源，它们发出的两列光波在观察的两部分作为相干光源，它们发出的两列光波在观察 屏上叠加，形成屏上叠加，形成干涉条纹干涉条纹。 1分波面法双光束干涉分波面法双光束干涉 P S I D o S 1 S 2 d r 1 r 2 双缝双缝 单缝单缝 屏屏 干涉条纹干涉条纹 光强分布光强分布 点光源点光源 第2页/共22页 从线光源从线光源 S 发出的光波

2、经发出的光波经 SS1P 和和 SS2P 两条不同两条不同 路径，在观察屏路径，在观察屏 P 点上相交。点上相交。 S S1 S2 0 q q 1 r 2 r P l qsind=D S S1 S2 0 S1 0 q q q q d 1 r 2 r 1 r 2 r P l qsind=Dqsind=Dqsind=D y y S S2 l D R1 R2 1分波面法双光束干涉分波面法双光束干涉 第3页/共22页 在在dD，且在且在 y 很小的范围内考察时，相应二光很小的范围内考察时，相应二光 的相位差为的相位差为 22 () 10 yd R D ll =D D（ ） 1分波面法双光束干涉分波面法

3、双光束干涉 2121 ()()RRrrRrD = DD 其光程差为其光程差为 第4页/共22页 S S1 S2 0 q q 1 r 2 r P l qsind=D S S1 S2 0 S1 0 q q q q d 1 r 2 r 1 r 2 r P l qsind=Dqsind=Dqsind=D y y S S2 l D R1 R2 222 ()() 10 yd rRR D lll =D =D DD（ ） sin sin/ rd y D q q D = /rdy DD 第5页/共22页 如果如果 S1、S2 到到 S 的距离相等的距离相等，DR=0， (11) D ym d l = 为为光强极

4、大光强极大，呈现干涉亮条纹；，呈现干涉亮条纹； 2 ( =0, 1, 2)mm=的空间点的空间点则对应则对应 1分波面法双光束干涉分波面法双光束干涉 121 21212 2 cos cos+2 (3) IIII IIIIq= 第6页/共22页 (2 +1) ( =0, 1, 2)mm=对应对应 1 () (12) 2 D ym d l = 为光强极小，呈现干涉暗条纹。为光强极小，呈现干涉暗条纹。 的空间点的空间点 1分波面法双光束干涉分波面法双光束干涉 第7页/共22页 相邻两亮（暗）条纹间的距离是条纹间距为相邻两亮（暗）条纹间的距离是条纹间距为， 且且 (13) D y d ll D = 其

5、中其中 = d/D 叫叫光束会聚角光束会聚角。在实验中，可以通过。在实验中，可以通过 测量测量 D、d 和和 ，计算求得光波长计算求得光波长 l。 1分波面法双光束干涉分波面法双光束干涉 第8页/共22页 如果如果 S1、S2 到到 S 的距离不相等的距离不相等，R0， (14) mR y l D = 的空间点是的空间点是亮条纹亮条纹； 则对应则对应 对应对应 1 2 (15) mR y l D = （/ ） 的空间点是的空间点是暗条纹暗条纹。 1分波面法双光束干涉分波面法双光束干涉 第9页/共22页 如果如果 S1、S2 到到 S 的距离不相等的距离不相等，R0， 即干涉图样相对于即干涉图样

6、相对于 DR=0 的情况的情况，沿着沿着 y 方向发生方向发生 了平移。了平移。 (14) mR y l D = (11) D ymm d ll = 1 2 (15) mR y l D = （/ ） 11 ()() (12) 22 D ymm d ll = 第10页/共22页 除了上述杨氏干涉实验外，除了上述杨氏干涉实验外，菲涅耳双菲涅耳双棱棱镜镜、菲涅耳菲涅耳 双面镜双面镜和和洛埃镜洛埃镜都属于分波面法双光束干涉的实验都属于分波面法双光束干涉的实验 装置。装置。 1分波面法双光束干涉分波面法双光束干涉 S S1 S2 双棱镜双棱镜 D d 第11页/共22页 M1 M2 S1 S2 S 菲涅

7、耳双面镜菲涅耳双面镜 第12页/共22页 S S M D d 洛埃镜洛埃镜 第13页/共22页 这些实验的共同点是：这些实验的共同点是： 在两束光的叠加区内，到处都可以观察到干涉在两束光的叠加区内，到处都可以观察到干涉 条纹，只是不同地方条纹的间距、形状不同而已。条纹，只是不同地方条纹的间距、形状不同而已。 这种在整个光波叠加区内随处可见干涉条纹的干涉这种在整个光波叠加区内随处可见干涉条纹的干涉 ，称为，称为非定域干涉非定域干涉。 在这些干涉装置中，都有限制光束的狭缝或小在这些干涉装置中，都有限制光束的狭缝或小 孔，因而干涉条纹的孔，因而干涉条纹的强度很弱强度很弱，以致于在实际上难，以致于在实

8、际上难 以应用。以应用。 1分波面法双光束干涉分波面法双光束干涉 第14页/共22页 当用白光进行干涉实验时，由于干涉条纹的光强当用白光进行干涉实验时，由于干涉条纹的光强 极值条件与波长有关，除了极值条件与波长有关，除了m = 0 的条纹仍是白光的条纹仍是白光 以外，其它级次的干涉条统均为不同颜色（对应着以外，其它级次的干涉条统均为不同颜色（对应着 不同波长）分离的彩色条纹。不同波长）分离的彩色条纹。 白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 1分波面法双光束干涉分波面法双光束干涉 第15页/共22页 例题例题 2-1 如图所示，利用干涉现象测定气体的折射如图所示，利用干涉现象测定

9、气体的折射 率。当薄壁容器中充入待测气体并排除空气时，干率。当薄壁容器中充入待测气体并排除空气时，干 涉条纹就会发生移动，由干涉条纹的移动情况就可涉条纹就会发生移动，由干涉条纹的移动情况就可 以测定容器中气体的折射率以测定容器中气体的折射率 S S1 S2 q 2 r P l qsind=D S S1 S2 S1 O q q q d 2 r 1 r1r1 2 r P qsind=Dqsind=Dqsind=D x S S2 D R1 R2 l Q2 n 第16页/共22页 解：解：(1) 设薄壁容器中充入空气时，零级条纹出现设薄壁容器中充入空气时，零级条纹出现 在在 O 点，而充入待测气体时，

10、零级条纹出现于点，而充入待测气体时，零级条纹出现于 P 点。此时的光程差点。此时的光程差 22 ()S Qnn lD= 问：问：(1) 当待测气体的折射率大于空气的折射率时，当待测气体的折射率大于空气的折射率时， 干涉条纹应如何移动？干涉条纹应如何移动？ (2) 设设 l = 2.0cm，条纹移动，条纹移动 20 条，光波的波长为条，光波的波长为 5893，空气的折射率为，空气的折射率为 n =1.000276，求待测气，求待测气 体的折射率。体的折射率。 第17页/共22页 零级条纹出现条件是零级条纹出现条件是 0mDl= = 即即 2222 ()0()S Qnn lS Qnn lD= 考虑

11、到考虑到 于是，零级条纹（因而所有条纹）应当上移。于是，零级条纹（因而所有条纹）应当上移。 22 0nnS Q 第18页/共22页 (2) 考察屏幕上的一个固定点移动一个条纹，表明光考察屏幕上的一个固定点移动一个条纹，表明光 程差相差一个波长，因此程差相差一个波长，因此 20 ()20nn lnn l l l= -8 20 5893 10 1.0002761.0008653 2.0 n = = 进而可得进而可得 第19页/共22页 例题例题 2-2 用单色光做杨氏干涉实验时，如果把两个用单色光做杨氏干涉实验时，如果把两个 等宽狭缝中的一个加宽一倍，干涉条纹会发生什么等宽狭缝中的一个加宽一倍，干涉条纹会发生什么 变化？给出此时的相干度。变化？给出此时的相干度。 解：解： 121 2 2cosIIII I= Mm Mm 4 1 4 II P II = 两个狭缝相同时，相干度为两个狭缝相同时