光的干涉第一讲(2013下)

1、大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉光的干涉大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉托马斯托马斯杨杨(T.Young)(T.Young)18011801年首先发现光的干涉现象，年首先发现光的干涉现象，并首次测量了光波的波长。并首次测量了光波的波长。杨氏双缝实验第一个判定光性质的关键性实验大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉1s2sd dDd 10 -4m , D m D d Po ox xr1r2 L LA A1、光程差、光程差12r rr rL L sind d tgd d D Dx xd d 相位差：相位差：L L2 x xD Dd d2 大学大学物理

2、物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉2、光强与条纹分布、光强与条纹分布xk kd dD D 明纹中心明纹中心2) 12 (kdD暗纹中心暗纹中心d dD Dx x 1d dD Dx x 1d dD Dx x22 d dD Dx x22 x x04I I00 x xd dD Dx x 光强公式 x xD Dd dI II I20cos4大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉1）入射光波长对条纹分布的影响）入射光波长对条纹分布的影响 讨论：讨论：大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉1）入射光波长对条纹分布的影响）入射光波长对条纹分布的影响 讨论：讨论：若用白光照射，干涉

3、条纹分布有何特点？若用白光照射，干涉条纹分布有何特点？ 思考：思考：大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉2）双缝间距对条纹分布的影响）双缝间距对条纹分布的影响 讨论：讨论：大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉2）双缝间距对条纹分布的影响）双缝间距对条纹分布的影响 讨论：讨论：大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉（1 1）一系列平行的明暗相间的条纹；）一系列平行的明暗相间的条纹； 小结：双缝干涉条纹的特点及相关结论小结：双缝干涉条纹的特点及相关结论（2 2） 不太大（傍轴近似）时条纹等间距；不太大（傍轴近似）时条纹等间距；（3 3）中间级次低，两边级次高

4、；）中间级次低，两边级次高；明纹级次：明纹级次：k =12sinr rr rd d （4 4）， x白光入射时，白光入射时，0 0级明纹中心为白色级明纹中心为白色其余级明纹构成彩带，其余级明纹构成彩带， 第第2 2级开始出现重叠；级开始出现重叠；，-1d x x双缝间距越小，条纹间距越大。双缝间距越小，条纹间距越大。大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉在屏幕上在屏幕上x处发生重级时，满足：处发生重级时，满足：dDkdDkx/)2(/)2)(1( ,dDkxk当当 发生重级发生重级 k1k2k1k3k3k2k2max=L k 允许的最大光程差：允许的最大光程差：大学大学物理物理4-

5、4-2分波阵面干涉分波阵面干涉波列长度就是相干长度波列长度就是相干长度SS1S2c1c2b1b2a1a2pSS1S2c1c2b1b2a1a2pLM相干长度：相干长度：能观察干涉条纹允许的最大光程差能观察干涉条纹允许的最大光程差大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉k kx xD Dd dk k 3 3、双缝干涉的应用举例双缝干涉的应用举例1）测量光波的波长）测量光波的波长k kx x方法一：方法一：方法二：方法二：x x)(x xD Dd d 大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉2）监测煤矿甲烷的）监测煤矿甲烷的“浓度浓度”A AB B（1）若）若B BA A、两室内

6、均为纯净空气，两室内均为纯净空气，O处为零级条纹。处为零级条纹。)1(0 x xn nx xn nn n 井下气样井下气样（2）若）若A室充满甲烷体积比为室充满甲烷体积比为x x的井下气样：的井下气样：纯甲烷气的折射率纯甲烷气的折射率纯净空气的折射率纯净空气的折射率L Ln nn nk kx x)(0 大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉1 1、菲涅耳双棱镜实验菲涅耳双棱镜实验SS1S2等效双缝等效双缝d dD Dx xxk kd dD D 明纹中心明纹中心2) 12 ( k kd dD D暗纹中心暗纹中心大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉2、菲涅耳双面镜实验菲涅

7、耳双面镜实验1M2MLCd2sD1ss方法：等效双缝（略）方法：等效双缝（略）大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉3、洛埃镜实验洛埃镜实验MPS2sdD方法：等效双缝（略）方法：等效双缝（略）思考：在镜面最右端处是明纹还是暗纹？思考：在镜面最右端处是明纹还是暗纹？大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉例例1 1：白色平行光垂直入射到间距为：白色平行光垂直入射到间距为 d=0.25mm 的双的双缝上，距缝缝上，距缝 50cm 处放置屏幕，分别求第一级和第五处放置屏幕，分别求第一级和第五级明纹彩色带的宽度。级明纹彩色带的宽度。（设白光的波长范围是从（设白光的波长范围是从400.0nm 到到 760.0nm）。）。 大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉例例2:2:已知已知S2缝上覆盖的介质厚度为缝上覆盖的介质厚度为h，折射率为，折射率为 n，设，设入射光的波为入射光的波为 . .问：原来的零极条纹移至何处？若移至原来的第问：原来的零极条纹移至何处？若移至原来的第 k 级级明条纹处，其厚度明条纹处，其厚度 h 为多少？为多少？大学大学物理物理4-4-2分波阵面干涉分波阵面干涉 方法小结方法小结：干涉问题分析的要点：干涉问题分析的要点（1）确定发生干涉的光束；）确定发生干涉的光束； （2）计算波程差（光程差）；）计算波程差（光程差）； （