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个图分别是利用双缝、

2、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。5152（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s、S,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s、S2距离相等的点Po，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，其距离大小波长入有关，即 x 丄。在I和d不变的情况下，

3、dx与双缝之间距离 d、双缝到屏的距离Ix和波长 入成正比，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

4、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）

5、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

6、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

7、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

8、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相同（3.9-4.9初14Hz）,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、

9、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 S和S2之后，再次发生衍射，Si、S2双缝相当于二个步调完全一致的单色相干光源，透过Si、S2双缝的单色光波在屏上相遇并叠加，Si、S2到屏上P点的路程分别是ri、r2两列光波传到P的路程差 r |ri 2 |，设光波波

10、长为 入1、若r n （n 0, i, 2,），两列波传到P点同相，互相加强，出现明条纹。若r （2n i）2（n 0, i, 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 S、S2的明暗相间的干涉条纹。相邻两条明纹间的距离x与入射光波长人双缝Si、S2间距离d及双缝与屏的距离I有关，其关系式为 x弓，因此，只要测出 x、d、 l即可测出波长入两条相邻明（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 印，转动手轮，使分划板向一侧

11、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 |ai a?|。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)。实验器材双缝干涉仪即：光具座、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

12、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。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 ai ；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 |晋 |用刻度尺测量双缝到光屏间距离I (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。.注意事项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。滤光片

13、、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。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。光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。调节的基本依据是：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，用以测量遮光筒图实18-9红光的波长。3530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。 TOC o 1-5 h z 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