光的干涉衍射偏振

1、物理光学夯实基础知识一光的干涉和衍射1双缝干涉干涉是波独有的特征。如果光是一种波，就应该能观察到光的干涉现象。1801 年，托马斯 利用双缝，终于成功地观察到了光的干涉现象。（ 1）两列光波在空间相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，从而出现亮暗相 间的条纹的现象叫光的干涉现象。（ 2）产生干涉的条件两个振动情况总是相同的波源叫相干波源 ，只有相干波源发出的光互相叠加，才能产生干涉现象，在 屏上出现稳定的亮暗相间的条纹。形成相干波源的方法有两种：利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光） 。设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等） 。下面 4

2、个图分别 是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。S1S2（ 3）双缝干涉实验规律 双缝干涉实验中，光屏上某点到相干光源S1、 S2 的路程之差为光程差，记为若光程差 是波长 的整倍数，即n （n=0，1，2，3）P 点将出现亮条纹；若光程差是半波长的奇数倍 （2n 1） （ n=0，1，22， 3）， P 点将出现暗条纹。屏上和双缝 S1、 S2距离相等的点P0 ，若用单色光实验该点是亮条纹（中央条纹） ，若用白光实验该点是白色的亮条纹。若用单色光实验，在屏上得到明暗相间的条纹；若用白光实验，中央是白色条纹，两侧是彩色条纹。 屏上明暗条纹之间的距离总是相等的，其

3、距离大小 波长 有关，即 x l 。在 l 和 d 不变的情况下，dx 与双缝之间距离 d、双缝到屏的距离 lx 和波长 成正比，应用该式可测光波的波长及光的。用同一实验装置做干涉实验，红光干涉条纹的间距x红 最大，紫光干涉条纹间距 x紫 最小，故可知红 大于 紫 , 红 小于 紫 。2薄膜干涉（ 1）薄膜干涉的成因： 由薄膜的前、后表面反射的两列光波叠加而成，劈形薄膜干涉可产生平行相间的条纹。（ 2）薄膜干涉的应用 增透膜：透镜和棱镜表面的增透膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4 。 检查平整程度：待检平面和标准平面之间的楔形空气薄膜，用单色光进行照射，入射光从空气膜的 上、下表面反射出两列

4、光波，形成干涉条纹，待检平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于一条直线 上，干涉条纹是平行的；反之，干涉条纹有弯曲现象。3光的衍射（ 1）光的衍射现象 光在遇到障碍物时，偏离直线传播方向而照射到阴影区域的现象叫做光的衍射。衍射也是波的特性。 如果光是一种波， 就应该能观察到光的衍射现象。 但由于可见光的波长在 10 7m 数 量级，而一般物体的大小比这个尺度大得多，因此很难看到明显的光的衍射现象。（ 2）光发生明显衍射现象的条件 当孔或障碍物的尺寸比光波波长小，或者跟波长差不多时，光才能发生明显的衍射现象 缝和孔的衍射现象的规律是相同的：在发生明显衍射的条件下，当窄缝变窄（或孔变小）时，亮斑

5、的 围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗。注意关于衍射的表述一定要准确。 （区分能否发生衍射和能否发生明显衍射） 各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。 在发生明显衍射的条件下，当窄缝变窄时，亮斑的围变大，条纹间距离变大，而亮度变暗。（ 3）衍射图样 单缝衍射：中央为亮条纹，向两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同。白光衍射时，中央仍为 白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光。 圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环。 泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板后，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光能发生衍射的 有力证据之一。双

6、缝干涉和单缝衍射的联系与区别 双缝干涉和单缝衍射的图样都是明暗相间的条纹。但双缝干涉的条纹间距是等宽的，亮度也是均匀 的；而单缝衍射的条纹是中央宽，两边窄，亮度分布也是中央亮两边暗。双缝干涉装置中，入射光从单缝到双缝之间的传播过程中，实际上已经发生了衍射；单缝衍射中的 亮、暗纹的形成，可以看成是从单缝不同位置射出的光在光屏处发生干涉，这些干涉条纹叠加后形成的就 是单缝衍射的结果三 1 光的偏振偏振现象 在沿同一个方向传播的纵波中，所有介质质点的振动方向都和波的传播方向平行，因此振动总是发生 在同一条直线上的；而在沿同一个方向传播的横波中，介质质点的振动方向和波的传播方向是垂直的，而 跟波的传播

7、方向垂直的方向有无穷多种可能，沿同一方向传播的横波，质点的振动方向可能是不同的，因 此会发生偏振现象。能否发生偏振，是纵波和横波的区别。利用偏振可以判定一种波是横波还是纵波。（ 2）偏振光：在跟光传播方向垂直的平面，光振动在某一方向较强而在另一些方向振动较弱的光即为偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。（ 3）自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包

8、含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而 且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。（ 4）光的偏振现象证明光是横波（ 5）偏振光的应用 偏振光可用于摄影。在拍摄照片时为消除水面或玻璃表面多余的反光，可以在照相机镜头前装偏振滤 光片，让其透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光的干扰，使拍出的相片影象清晰。偏振光还可用于拍摄和观看立体电影。2激光（ 1）光是从物质的原子中发射出来的。原子获得能量后处于不稳定状态，会以光子的形式把能量发射 出来。（ 2）普通光源中的各个原子何时发光，发出什么频率的光，向什么方向发光，都是不确定的。即使同 一个红色灯泡发光，也不能保证发出的光频率

9、相同（3.9-4.9 ×1014Hz），因此不能得到稳定的干涉图样。（ 3）激光是一种人工相干光，激光的特点有 激光是人工产生的相干光。激光的平行度好。 （可以用来测距、测速；可以用来刻录、读取光盘）激光的亮度高。 （切割、焊接、打孔、手术用光刀、治疗视网膜剥落；用于人工控制聚变） 重要应用有：通信、测距、光盘读取、切割等。四实验用双缝干涉测光的波长 1实验目的：学会观察双缝干涉图样。掌握用双缝干涉测定单色光波长的方法 2实验原理：如图所示，电灯发出的光，经过滤光片后变成单色光，再经过单缝 S 时发生衍射，这时单缝 S 相当于一单色光源， 衍射光波同时到达双缝 S1和 S2之后，再次

10、发生衍射， S1 、 S2双缝相当于二个步调完全一致的单色相干光 源，透过 S1、 S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，S1、 S2到屏上 P点的路程分别是 r1 、 r2两列光波传到 P 的路程差 r |r1 r2 | ，设光波波长为 1、若 r n （n 0, 1, 2, ） ，两列波传到 P点同相，互相加强，出现明条纹。2若 r （2n 1）2（n 0, 1, 2, ） ，两列波传到 P点反相，互相减弱，出现暗条纹。这样就在屏上得到了平行于双缝S1、 S2的明暗相间的干涉条纹。相邻两条明纹间的距离x与入射光波长 ，双缝 S1 、 S2间距离 d及双缝与屏的距离 l 有关，其关系式为 x

11、dl ，因此，只要测出 x、d 、 l 即可测出波长 。两条相邻明（暗）条纹间的距离 x 用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示。转动手轮，分划板会左、右移动，测量时，应使分划板中心刻线对齐条纹的中心（如图所示）记下此 时手轮上的读数 a1，转动手轮， 使分划板向一侧移动， 当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时， 记下手轮上的刻度数 a2，两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离，即x |a1 a2 |。x 很小，直接测量时相对误差较大，通常测出 n 条明条纹间的距离 a，再推算相邻两条明（暗）条纹 间的距离， x a /（n 1） 。3实验器材 双缝干涉仪即：光具座、

12、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双逢、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、 刻度尺4实验步骤（ 1）观察双缝干涉图样 将光屏、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。如图所示。白炽灯 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。 调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线射到光屏。 安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约 5cm 10cm， 这时，可观察白光的干涉条纹。 在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。（ 2）测定单色光的波长安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。使分划板中心刻线对齐某亮条纹中央，记下手轮上的读数 a1 ；

13、转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上 的读数 a2；并记下两次测量时移过的条纹数n，则相邻两亮条纹间距x |a2na1 | 用刻度尺测量双缝到光屏间距离l （ d是已知的）。 重复测量、计算，求出波长的平均值。 换用不同滤光片，重复实验。4注意事项（ 1）双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒，测量头等元件。（ 2）滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸或干净软片轻轻擦去。（ 3）安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝 平行。（ 4）光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。（ 5）调节的基

14、本依据是：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共 轴线所致，干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致，故应正确调节。现有毛玻璃屏 A 、双缝 B、白光光源 C、单缝 D 和 透红光的滤光片 E 等光学 元件， 要把它们放在图 18-9 中图 1 所示的光具座上组装 成双缝干涉装置， 用以测量红光的波长。遮光筒图实 18-92图将白光光源 C 放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列 顺序应为 C、A 。本实验的步骤有： 取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮； 按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上； 用米尺测量双缝到屏的距离； 用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离。 在操作步骤时还应注意 和。将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第 1 条亮纹，此时手轮上的示