光的干涉以及衍射

1、光的干涉以及衍射物理第二组杨氏双缝干涉实验单缝 双缝红滤色片S1SS2屏幕1 1、装置特点、装置特点： （1 1）双缝很近双缝很近 0.1mm0.1mm， （2 2）双缝）双缝S1S1、S2S2与单缝与单缝S S的距离的距离相等。相等。2 2、 要用单色光要用单色光 单孔的作用：是获得点光源单孔的作用：是获得点光源 双孔的作用：相当于两个振动情况完双孔的作用：相当于两个振动情况完全相同的光源，双孔的作用是获得相干光全相同的光源，双孔的作用是获得相干光源源3 3、产生稳定光的干涉现象的条件、产生稳定光的干涉现象的条件相干光源：两个振动情况完全相同的光源相干光源：两个振动情况完全相同的光源4 4、

2、干涉图样的特点、干涉图样的特点： （1 1）形成明暗相间的条纹形成明暗相间的条纹 （2 2）亮纹间等距、暗纹间等距）亮纹间等距、暗纹间等距 （3 3）两缝）两缝S1S1、S2S2中垂线与屏幕相交中垂线与屏幕相交位置是亮条纹位置是亮条纹-中央亮中央亮纹纹单缝 双缝红滤色片S1SS2屏幕白光的干涉图样 明暗相间的彩色条纹；明暗相间的彩色条纹； 中央为白色亮条纹；中央为白色亮条纹； 干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的；干涉条纹是以中央亮纹为对称点排列的； 在每条彩色亮纹中红光总是在外缘，紫光在内线在每条彩色亮纹中红光总是在外缘，紫光在内线。 红滤色片单缝 双缝S1SS2屏幕对光发生干涉时对光发生干涉

3、时 若光互相加强，出现亮条纹若光互相加强，出现亮条纹 若光互相削弱，出现暗条纹若光互相削弱，出现暗条纹 光光的薄膜干涉的薄膜干涉1、实验、实验产生产生原因：膜的前表面和后表面反射的两列原因：膜的前表面和后表面反射的两列光波。光波。实验现象：水平的彩色条纹实验现象：水平的彩色条纹薄膜干涉的应用检查检查精密仪器的表面：平行单色光垂直照射实心劈尖精密仪器的表面：平行单色光垂直照射实心劈尖上，上面的下表面、下面的上表面的反射光将产生干上，上面的下表面、下面的上表面的反射光将产生干涉。涉。现象：劈尖上厚度相同的地方，出现明或暗条纹。现象：劈尖上厚度相同的地方，出现明或暗条纹。 如果保持双缝的间距不变，光

4、屏到缝的距离越大，屏上明暗相间条纹间距_； 如果保持光屏到缝的距离双缝的间距不变，双缝的间距越小，屏上明暗相间条纹间距_； 如果保持光屏到缝的距离双缝的间距不变，双缝的间距不变，改变光的波长越大，屏上明暗相间条纹间距_；变大变大变大【迈克耳孙测星干涉仪】迈克耳孙测星干涉仪的长度约为6米，架设在口径为2.5米的胡克望远镜之上。其中两面平面镜M1、M2的最大间距为6.1米，并且是可调的；而平面镜M3、M4的位置是固定的，等于1.14米。当有星光入射到干涉仪上时，两组平面镜所构成的光路是等光程的，从而会形成等间距的干涉直条纹，而条纹间距为 这里 是望远镜的焦距， 是平面镜M3和M4之间的距离。而平面

5、镜M1和M2之间的距离相当于扩展光源的线度，当M1和M2靠得很近时干涉条纹的衬比度接近于1，随着两者间距增加衬比度会逐渐下降为零。如果认为恒星是一个角直径为 ，光强均匀分布的圆形光源，其可见度由下面公式给出 ，其中 ， 是贝塞尔函数。随着逐渐增加平面镜M1和M2之间的距离 ，当满足下面关系时，衬比度首次降为零： 液晶显示器上方：电路断开，液晶亮。下方：回路接通，液晶不亮。液晶显示器（LCD）科技倚赖液晶来旋转偏振光的偏振平面。如右图所示，在两块正交平面偏振片P1、P2之间置入透明电极层E1、E2和扭曲向列型液晶LC。照射非偏振光L于偏振片P1，透射光会呈平面偏振。6:370-373上方图：当E

6、1、E2不通电时，液晶分子会呈螺旋状排列，平面偏振光的偏振平面会被液晶LC逐渐扭曲，因此平面偏振光才能透射过正交的偏振片P2。假设安装镜子I，则透射过的平面偏振光会被反射回来（注意到显示于镜子的反射光箭头），其偏振平面会再被液晶朝反方向扭曲，因此才能透射过正交的偏振片P1。从初始发光源位置朝着偏振片P1望去，会观察到明亮的反射光。下方图：当电极E1、E2通电时，液晶分子会顺着电场方向排列，因此液晶不会扭曲平面偏振光的偏振平面，由于两块偏振片的偏振轴相互垂直，这时光线不能透射过偏振片P2。虽然安装镜子I，从原先发光源位置朝着平面偏振片P1望去，仍旧不会观察到任何反射光。应用这机制，液晶显示器能够

7、显示简单的文字或图案信息，它的主要优点是功耗较低，因此可以使用光电池来供电。光光的衍射：光离开直线路径绕道障碍物阴影里去的现象的衍射：光离开直线路径绕道障碍物阴影里去的现象单缝衍射规律 1、波长一定时，单缝越窄，衍射图样中央条纹越宽，各条纹间距大 2、单缝不变时，光的波长越长（可见光中红光最长），中央亮纹越宽，条纹间隔越大 3、白炽灯（白光）的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色 光直光直线传线传播播只是一个近似的只是一个近似的规规律：当光的波律：当光的波长长比障碍比障碍物或孔的尺寸小得多物或孔的尺寸小得多时时，可，可认为认为光是沿直光是沿直线传线传播的，播

8、的，当光的波当光的波长长与障碍物或孔的尺寸可以相比与障碍物或孔的尺寸可以相比拟时拟时将将产产生生明明显显的衍射的衍射现现象象 当缝很大时直线传播（得到影）当缝减小时逐渐会出现小孔成像的现象继续减小缝的大小会出现光的衍射现象小孔衍射当孔半径较大时，光沿直线传播，在屏上得到一个按直线传播计算出来一样光的衍射光的衍射大小的亮光圆斑；减小孔的半径，屏上将出现按直线传播计算出来的倒立的光源的像，即小孔成像；继续减小孔的半径，屏上将出现明暗相间的圆形衍射光环。狭缝衍射 当狭缝很宽时，缝的宽度远远大于光的波长，衍射现象极不明显，光沿直线 传播，在屏上产生一条跟缝宽度相当的亮线；但当缝的宽度调到很窄，可以跟光

9、波相比拟时，光通过缝后就明显偏离了直线传播方向，照射到屏上相当宽的地方，并且出现了明暗相间的衍射条纹，纹缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽。但亮度越来越暗衍射种类实验室里为了观察衍射现象，总是由光源、衍射屏和接收衍射图样的屏幕(称为接收屏)组成一个衍射系统。 根据衍射系统中三者的相互距离的大小，将衍射现象分为两类，一类称为菲涅耳衍射，另一类称为夫琅禾费衍射。 所谓菲涅耳衍射，就是当光源到衍射屏的距离或接收屏到衍射屏的距离不是无限大时，或两者都不是无限大时所发生的衍射现象。可见在菲涅耳衍射中，入射光或衍射光不是平行光，或两者都不是平行光， 所谓夫琅禾费衍射，就是当光源到衍射屏的距离和接收屏到衍射

10、屏的距离都是无限大时，所发生的衍射现象。可见在夫琅禾费衍射中入射光和衍射到接收屏上任意一点的光都是平行光，如图13-15(b)所示。夫琅禾费衍射的条件在实验室里可借助于透镜实现。将光源放置在会聚透镜L1的焦点上，则从L1透射的光，即衍射孔的入射光就是平行光；同时将接收屏放置在会聚透镜L2的焦面上，则到达接收屏上任意一点的衍射光也是平行光。自然现象中的衍射4抬头透过树叶缝隙看到的阳光带有抬头透过树叶缝隙看到的阳光带有彩色光晕。就是光的衍射现象。彩色光晕。就是光的衍射现象。是在光的“衍射反射”成像原理下形成的一种特殊光象，学术界称为“宝光”。这是一种在云雾山地的地方常见的一种大气光象，以往在峨眉山多见，故有“峨眉宝光”之说。实际上，“宝光”在黄山、庐山、五台山等地山区，甚至一些稍有起伏的平原地带也可以看到 （一）在现代应用光学分析技术中，科学家根据衍射图样与障碍