杨氏双缝干涉概述
19实验十九 杨氏双缝干涉
实验十九杨氏双缝干涉Experiment 19 Yang’s Double-slit Interference杨氏简介B rief introduction Thomas Young托马斯·杨（Thomas Young），英国物理学家、医师、考古学家，波动光学的伟大奠基人，在光学、生理光学、材料力学等方面都有重要的贡献。
杨氏实验以简单的装置和巧妙的构思就实现普通光源来做干涉，它不仅是许多其它光学的干涉装置的原型，在理论上还可以从中提许多重要的概念和启发，无论从经典光学还是从现代光学的角度来看，杨氏实验都具有十分重要的意义。
实验目的experimental purpose(1) 了解光波产生稳定干涉现象的条件.(2) 观察日光及单色光的双缝干涉图样Double-slit interference fringes.(3) 测定单色光的波长wavelength.实验原理experimental principle1.获得相干光源的方法——分波阵面法。
(method for producing coherent light source ——divided wavefront )光通过双缝干涉仪上的单缝和双缝后，得到振动情况完全相同的光，它们在双缝后面的空间互相叠加，会发生干涉图形Interferencepattern.如果用单色光照射，在屏上会得到明暗相间的条纹; 如果用白光照射，可在屏上观察到彩色条纹.2 波的叠加原理图1杨氏实验原理图(the superposition principle of wave)杨氏实验的装置如图1所示，在普通单色光源（如钠光灯）前面放一个开有小孔S 的，作为单色点光源。
在S 照明的范围内的前方，再放一个开有两个小孔的S 1和S 2的屏。
S 1和S 2彼此相距很近，且到S 等距。
根据惠更斯原理，S 1和S 2将作为两个次波向前发射次波（球面波spherical wave ），形成交迭的波场。
杨式双缝干涉
外界条件对杨式双缝干涉的影响摘要本文讨论了在杨氏双缝实验的基础下，不同入射方式、介质、光线下干涉条纹的变化。
1、引言1801年，杨氏巧妙的设计了一种把单个波阵面分解为两个波阵面以锁定两个光源之间的相位差的方法来研究光的干涉现象。
杨氏用叠加原理解释了干涉现象，在历史上第一次测定了光的波长，为光的波动学说的确立奠定了基础。
如图为杨氏双缝的实验装置针对杨氏双缝干涉出现的明暗交替的图纹现象，我们将讨论干涉条纹的移动问题及其光强分布。
2、平行光平行入射双缝因为平行光由同一单缝射出，所以同时到达双缝，有相同的相位，所以S、2S，同相，光屏上干涉效果只有两列光的光程差决定，设缝1屏距为D ，双缝间距为d ，分别从两缝到P 点距离为1r 、2r ，两列光的光程差为δ=21r r -≈d sin θ≈d/D x,当δ=±k λ(k=0,1,2,……)时为明纹中心，当δ=±（2k-1)λ/2(k=1,2,3……)为暗纹中心，则 明纹中心：x=±k λ D/d (k=0,1,2……） 暗纹中心：x=±（2k-1)λ/2 D/d (k=1,2,3……） 条纹等间距，且相邻明纹（暗纹）间距为：△x=D/d λ。
3、平行光斜入射双缝若平行光与水平面夹角α射向双缝，则此时1S 、2S 不再是同相点，2S 与S 初相相同，所以考虑两点的光程差时须考虑1S 到S 的距离，设为△1r ,2S 到S 的距离为△2r ，则 △r=△1r -△r2≈d sin θ-d sin α明纹中心：x=±k λ D/d+D sin α(k=0,1,2,……)暗纹中心：x=±（2k-1)λ/2 D/d + D sin α(k=1,2,3……） 条纹间距：△x=D/d λ由以上可知：平行光以α角斜射入双缝时，1S 、2S 初相位不同，所以零级明纹不在光屏中央，所有条纹发生平移，但间距不变。
4、介质变化对双缝干涉的影响（1）用透明介质折射率为n(n 〉1）的介质遮住1S ， 双缝在插入透明介质后中央明纹上移，此时光程差δ= 2r - [( n-1)d+1r ]=12r r --(n-1)d,中央条纹满足的光程差的条件：δ=k λ=d/D x=0,即12r r --(n-1)d=0,则k'=(n-1) d/λ, x'=D(n-1),可得：k'>0,x'>0。
波动光学实验系列之杨氏双缝干涉
波动光学实验系列之杨氏双缝干涉
一、引言
波动光学实验一直是光学领域中的重要研究方向，其中杨氏双缝干涉实验是一种经典的实验现象。
本文将介绍杨氏双缝干涉实验的原理、实验装置及其应用。
二、实验原理
杨氏双缝干涉实验是利用光的波动性质进行研究的实验。
在这个实验中，一束光线通过两个密接的缝隙后，形成交替明暗条纹的干涉图样。
这种干涉现象可以用光的波动理论来解释，根据叠加原理，两个波的相位差会决定光的干涉效应。
三、实验装置
杨氏双缝干涉实验的实验装置主要包括光源、双缝光栅、透镜和屏幕。
光源产生一束平行光，通过双缝光栅后，光线经过透镜成像在屏幕上，观察者可以看到干涉条纹的形成。
四、实验过程
在进行杨氏双缝干涉实验时，首先需要调整光源和双缝光栅的位置，使得光线通过双缝形成干涉条纹。
然后调整透镜的位置和焦距，使得干涉条纹清晰可见。
最后观察屏幕上的干涉条纹，并记录实验现象。
五、实验应用
杨氏双缝干涉实验不仅是一种经典的光学实验，还具有广泛的应用价值。
在现代科学研究中，杨氏双缝干涉实验常被用于测量光波的波长、验证光的波动性质，以及研究干涉现象对光学元件的影响等方面。
六、结论
通过对杨氏双缝干涉实验的介绍，我们可以更深入地了解光的波动性质和干涉现象。
这一实验不仅展示了光学的精彩世界，还为我们理解光的本质提供了重要的实验依据。
希望通过这篇文档，读者能够对光学实验有一个更加全面的认识。
以上是关于波动光学实验系列之杨氏双缝干涉的简要介绍，希望能为您带来有价值的信息。
杨氏双缝干涉实验的解析
杨氏双缝干涉实验的解析杨氏双缝干涉实验是用来研究光的波动性质的一种经典实验。
1821年，法国物理学家杨廷铭进行了这一实验，从而验证了光的波动性。
在杨氏双缝干涉实验中，杨廷铭使用的装置非常简单。
他在一块遮光板上开了两个小孔，将其与一个光源相距很远的位置。
光通过这两个小孔后，形成了两束光，分别通过两个缝隙。
这两束光线在屏幕上交叠形成干涉条纹，从而展示出光的干涉现象。
在干涉条纹中，存在明暗相间的条纹，也就是干涉的最明亮和最暗的部分。
这种条纹的出现是由于两束光线的干涉引起的。
当两束光线波峰和波谷处于相位一致时，它们会加强彼此的光强，形成明亮的区域；当波峰和波谷处于相位相反时，它们会相互抵消，形成暗区。
这种现象正好符合光的波动性质。
杨氏双缝干涉实验对于揭示光的波动性质具有重要意义。
它证明了光既可以作为粒子来解释，也可以作为波来解释。
在实验中，光作为波动着，经过两个缝隙后，波峰和波谷的干涉形成了各种干涉条纹。
这表明光可以同时存在于不同的状态中，即既有波动性又有粒子性。
干涉条纹的间距和光的波长有关。
根据杨廷铭的实验和理论推导，干涉条纹的间距与光的波长成反比。
因此，通过测量条纹的间距，可以得到光的波长。
这为后来的实验提供了重要的基础，也有助于人们对光的性质有更深入的认识。
杨氏双缝干涉实验不仅可以用来研究光的波动性，还可以应用于其他领域。
例如，在材料科学中，可以利用干涉效应来测量材料的薄膜厚度；在生物医学中，干涉显微镜可以用来观察细胞的结构和组织的变化。
此外，杨氏双缝干涉实验还可以用来研究其他波动现象，如声波、水波等。
这些波动现象也具有干涉效应，可以通过类似的实验方法进行研究。
总结起来，杨氏双缝干涉实验是一个经典的实验，它通过观察光的干涉现象来验证光的波动性质。
这一实验的成功为后来的科学研究提供了宝贵的数据和理论基础，也有助于深入理解光及其他波动现象的性质。
它的应用也广泛存在于各个领域中，为人们解决问题提供了有力的工具和手段。
杨氏双缝干涉的原理与应用
杨氏双缝干涉的原理与应用1. 引言干涉是一种重要的光学现象，在光学领域有着广泛的应用。
其中，杨氏双缝干涉是最经典的一种干涉现象。
杨氏双缝干涉通过两条狭缝间的光波干涉，形成一系列亮暗的干涉条纹，从而揭示了光的波动性质。
本文将介绍杨氏双缝干涉的原理与应用。
2. 原理杨氏双缝干涉的原理基于相干光波的干涉现象。
当一束波长为λ的平行光照射到两条缝隙上时，光波通过缝隙后形成两个次波源。
这两个次波源会互相干涉，形成一系列亮暗的干涉条纹。
2.1 干涉条纹的产生当两个次波源之间的光程差为整数倍的波长时，两个次波会处于同相位，产生亮纹；当光程差为半整数倍的波长时，两个次波会处于反相位，产生暗纹。
通过调节光程差，可以得到一系列平行的亮暗条纹。
2.2 干涉条纹的间距干涉条纹的间距可以由下式计算得到：d·sinθ=m·λ其中，d为两个狭缝之间的距离，θ为条纹的夹角，m为干涉级次，λ为光波的波长。
3. 应用杨氏双缝干涉不仅仅是一种理论上的现象，还具有广泛的应用。
3.1 光学仪器中的应用杨氏双缝干涉被广泛应用于各种光学仪器的设计与制造中。
例如，在激光干涉仪中，利用杨氏双缝干涉原理可以精确测量物体的长度、形状等参数。
此外，杨氏双缝干涉在光学显微镜、干涉滤波器、光栅等仪器中也有重要的应用。
3.2 光波性质的研究通过杨氏双缝干涉实验，可以研究光的波动性质。
例如，通过观察条纹的形态和间距，可以确定光波的波长。
同时，可以通过改变光波的波长、光源的亮度等参数，研究光的干涉条件以及光的传播规律。
3.3 光学图像处理杨氏双缝干涉可以应用于光学图像处理技术中。
通过处理干涉条纹的图像，可以实现精确的测量、成像等功能。
例如，通过杨氏双缝干涉图像的处理，可以实现三维形貌的测量和重构。
此外，在光学图像的传输、复原和复制等方面也有一定的应用。
4. 总结杨氏双缝干涉是一种经典的干涉现象，通过狭缝间的光波干涉产生一系列亮暗的干涉条纹。
它不仅仅是一种理论现象，还具有广泛的应用。
杨氏双缝干涉(精)
1、杨氏双缝干涉（1）杨氏简介托马斯·杨（Thomas Young），英国物理学家、医师、考古学家，波动光学的伟大奠基人，在光学、生理光学、材料力学等方面都有重要的贡献。
●波动光学——双缝干涉十八世纪前后，牛顿的“光的微粒说”在光学研究中占统治地位。
杨氏在德国留学期间便对光的微粒说提出了怀疑。
他在哥丁根的博士论文中提出了关于声和光都是波动，不同颜色的光和不同频率的声都是一样的观点。
他认为，正如惠更斯以前所说的那样，光是一种波动。
1801年，杨氏出版了《声和光的实验和探索概要》一书，系统地论述了光的波动观点，向牛顿提出了挑战。
杨氏认为，解释强光和弱光的传播速度一样，用波动说比用微粒说更有效。
他还证明了惠更斯在冰洲石中所看到的双折射现象是正确的。
为了证实光的波动说的正确性，托马斯·杨用非常巧妙的方法得到了两个相干光源，并进行了著名的光的干涉实验。
他最初的实验方法是用强光照射小孔，以孔作为点光源，发出球面波，在离开小孔一定距离的地方放置另外两个小孔，它们把前一小孔发出的球面波分离成两个很小的部分作为相干光源。
于是在这两个小孔发出的光波相遇区域产生了干涉现象，在双孔后面的屏幕上得到了干涉图样。
●生理光学——三原色原理托马斯·杨在生理光学方面也有深入的研究。
他的光学理论研究也是从这里开始的。
他把光学理论应用于医学之中，奠定了生理光学的基础。
他提出了眼睛观察不同距离的物体是靠改变眼球水晶体的曲度来调节的观点，这是最早的眼睛光学原理的解释。
他还提出了人们对颜色的辨别是由于视网膜上有几种不同的结构，分别感受红、绿、蓝光线的假设，以此可以说明色盲的成因。
他还建立了三原色原理，认为一切色彩都是有红、绿、蓝三种原色按不同的比例混合而成的。
这一原理已成为现代颜色理论的基础。
●材料力学——杨氏模量托马斯·杨在材料力学方面最早提出弹性模量的概念，并认为剪应力也是一种弹性形变。
后来以他的名字命名了弹性模量，称为杨氏模量。
杨氏双缝干涉问题浅析
杨氏双缝干涉问题浅析杨氏双缝干涉问题是物理学中的经典问题，它揭示了光的波动性质并为光学领域的研究提供了重要的理论基础。
通过对杨氏双缝干涉问题的研究，我们可以更深入地了解光的波动性质以及光的干涉现象。
本文将对杨氏双缝干涉问题进行浅析，探讨其基本原理、实验现象和在实际应用中的意义。
一、基本原理杨氏双缝干涉问题是由英国物理学家托马斯杨在1801年提出的。
在杨氏双缝干涉实验中，光线通过两个紧密排列的狭缝，然后在屏幕上形成干涉条纹。
这些干涉条纹的出现是由于光的波动性质和波动的叠加效应所导致的。
由于光是一种电磁波，它具有波长和频率，因此会表现出波动的特性。
在杨氏双缝干涉实验中，当两束光通过两个狭缝后，它们会在屏幕上产生交替的明暗条纹。
这些明暗条纹的形成是由于两束光的波峰和波谷之间会发生叠加，从而形成增强和抵消的效应。
这种叠加效应导致了明暗条纹的形成，这就是光的干涉现象。
在实际的杨氏双缝干涉实验中，通常会使用激光作为光源，以确保光的波长一致。
通过细致调整两个狭缝的位置和光的入射角度，可以得到清晰的干涉条纹。
这些干涉条纹的间距和亮度可以通过光的波长和光的强度来解释，这为我们研究光的波动性质提供了重要的实验依据。
除了使用激光作为光源外，实验中还需要一块屏幕来观察干涉条纹的形成。
在观察干涉条纹时，可以发现它们是交替出现的明暗条纹，这与光的波动性质和波动的叠加效应是一致的。
杨氏双缝干涉实验为我们深入了解光的波动性质提供了重要的实验现象。
在实际的应用中，杨氏双缝干涉问题也被广泛运用于光学仪器的设计和制造。
例如在激光技术中，通过利用光的干涉现象可以实现激光器的频率稳定和调谐，从而提高激光器的性能和精度。
在光学成像和光学通信领域，杨氏双缝干涉问题也有着重要的应用价值，它可以被用于设计高分辨率的光学成像系统和高精度的光通信器件。
杨氏双缝干涉
条纹位置
可直接利用Young 双缝干涉的结果。
8
三、洛埃境 半波损失
E/
S1
M S2
o E
装置：S: 线光源(或点光源)
M: 平玻璃片作反射镜
S发出的光一部分直接投射到屏上，一部分经 M反射后到屏
上，在重叠区干涉。
干涉的两部分光可以看作是一个实光源S1和一个虚光源 S2
发出的。
9
干涉图样 • 入射角很大，接近90o 。反射系数近于1，故反射很强。 • 两光的振幅几乎相等，可看成等幅干涉。 • 干涉条纹只出现在镜面上半部。 相位
一、杨氏双缝干涉
1801年，英国人托马斯杨首次从实验获得了两列相干的光波， 观察到了光的干涉现象。
1．装置与现象
•普通单色平行光通过
狭缝S(形成柱面) ；
•Ｓ的光波透过S1和S2
两狭缝，由惠更斯原
理知，S1 和S2 可以看
成两个新的子波源；
S1
S
S2
r1 r2
S1 S
S2
•这两列波在空间发生重叠而产生干涉，在屏幕上出现明暗相
五种波长的光在所给观察点最大限度地加强。 13
例12－3 在杨氏双缝实验中，欲使干涉条纹变宽，应作怎样 的调整： （A）增加双缝的间距， （B）增加入射光的波长， （C）减少双缝至光屏之间的距离， （D）干涉级k愈大时条纹愈宽。
解：由干涉条纹间距公式
x D
d 可知，应选（B）
14
例12－4 在空气中用波
6
二、菲涅尔双镜
S M1
S1
C S2
i
M2
P P0
E
7
装置
S点光源(或线光源，与两镜交线平行);M1和M2：镀银反射 镜，夹角很小; 两反射镜把 S 发出的光分成两部分，可以看 作是两个虚光源S1和S2发出的光。
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(3)若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。
(4) D,d一定时，由条纹间距可算出单色光的波长。
(5）明纹中心光的强度为一个缝发出光的光强的4倍。
总结
•重要公式
（1）波程差： d sin d x
D
k
干涉相长
2k 1 干涉相消
2
1
d sin d tg
1
d x D
r2 r1 k
干涉相长
r2
r1
2
2k
1干涉相消
明（暗）条纹的位置公式 d x
D
•明纹位置 （干涉相长 k ）
xk
k
D d
k 0,1,2…
•暗纹位置
（干涉相消 (2k 1) ）
2
x(2k 1)
(2k －1) D d
2
k 1,2,
条纹间距
两相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。
•相邻明条纹间距
( x k
k
D d
)
x（k 1） xk
（[ k 1） k] D
d
x D
d
•相邻暗条纹间距
(x(2k 1)
(2k 1) D )
d2
x x (2k 3)
(2k 1)
[(2k 3) (2k 1)] D
d2
x D
d
•干涉条纹特点： (1) 明暗相间的条纹对称分布于中心O点两侧；
S
S1
相 遇
S2
区
分束装置
菲涅耳双镜实验 劳埃德镜实验
分振幅法：
一支光线中分出 两部分再相遇。
薄膜干涉实验 劈尖
分束
薄膜
1 2
相遇
杨氏在杨氏双缝干涉
1801年首先用 实验的方法研 究了光的干涉 现象，为光的 波动理论确定 了实验基础。
光路图 D d
x
S
S1
r1
d
r2
p x
o
x
I
S2
D
波程差： r r
二、光的干涉
1.光的干涉现象 2.普通光源的发光机制 3.相干光的获得
1.光的干涉现象
满足一定条件的两束光叠加时，在叠 加区域光的强度或明暗有一稳定的分布。 这种现象称作光的干涉
两束光 不相干！
钠
光 灯A
钠 光
灯B
普通 光源（最基本发光单元是分子、原子）
E2
能级跃迁
E1
E2 E1/ h
. 原子发光是随机的，间歇性的，
2
（2）明纹位置
xk
k
D d
k 0,1,2…
（3）条纹间距 x D
d
分波面干涉的其它一些实验
光栏
1菲涅耳双镜实验：
实验装置：
虚光源 、
平行于
d D 屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕
上明暗条纹中心对O点的偏离 x为：
x k D
d
明条纹中心的位置 k 0,1,2
x 2k－1 D 暗条纹中心的位置 k 1,2
两列光波的振动方向不可能一致，相位差不可能恒定。
..
非相干(不同原子发的光)
非相干(同一原子先后发的光)
两个独立的光源不可能成为一对相干光源
从普通光源中获得相干光的方法：
从一个原子一次发光中获得 先分光 然后再相遇
. .波列
波列长 L = c
分波面法：
杨氏双缝干涉实验
从一次发光的波面上取
出几部分再相遇。
2d
2. 劳埃德埃镜
M
S1 •
S2 •
O
N
（劳埃德镜实验结果与杨氏双缝纹
半波损失
光从光疏介质射向光密介质界面时，在掠射或正射两种 情况下，在反射过程中产生“半波损失”。
x 2k－1 D 明条纹中心的位置
2d
k 1,2
x k D
d
暗条纹中心的位置 k 0,1,2