杨氏双缝干涉条纹的特点PPT精选文档
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杨氏双缝干涉实验 ppt课件
x明 k d
r1 r2
D
P
x O
E
P点为明条纹。
k=0, ±1, ±2, ±3...
MO虚线上方取“＋”下方
取“－”，所以k有正负
之分 PPT课件
5
S1 So
x
P2
k=2
P1
k=1 x
O
k=0
S2
k= 0, x 0
k=-1
k=-2
H
中央明条纹或零级明纹
D
k=±1,
x 1
d
一级明条纹
D
P点的明暗决定于S1 S 2到P点 的相位差：
k
明纹
r 2
r 1
{
(2k
1)PPT课件
暗纹
2
P
x O
E
2(r2 r1 )
4
r2 r1 dsin
d tg xd
D
（1）明纹条件
xd k
D
S1 dM
s2
D
D
k=±2,
x 2 2
d
二级明条纹 PPT课件
明条纹之间间距
x D
d
6
（2）暗纹条件
当
xdຫໍສະໝຸດ (2k 1)
D
2
D
x (2k 1)
暗
2d
k=0,1,2,3...
P点为暗条纹
PPT课件
7
S1 So
S2
x
P2 P1 O
H
k=1 x
k=0
k=0
k=-1
k= 0,
3、用微测目镜测出干涉条纹的间距 x ，双缝到 测微目镜焦平面上叉丝分化板的距离D。
r1 r2
D
P
x O
E
P点为明条纹。
k=0, ±1, ±2, ±3...
MO虚线上方取“＋”下方
取“－”，所以k有正负
之分 PPT课件
5
S1 So
x
P2
k=2
P1
k=1 x
O
k=0
S2
k= 0, x 0
k=-1
k=-2
H
中央明条纹或零级明纹
D
k=±1,
x 1
d
一级明条纹
D
P点的明暗决定于S1 S 2到P点 的相位差：
k
明纹
r 2
r 1
{
(2k
1)PPT课件
暗纹
2
P
x O
E
2(r2 r1 )
4
r2 r1 dsin
d tg xd
D
（1）明纹条件
xd k
D
S1 dM
s2
D
D
k=±2,
x 2 2
d
二级明条纹 PPT课件
明条纹之间间距
x D
d
6
（2）暗纹条件
当
xdຫໍສະໝຸດ (2k 1)
D
2
D
x (2k 1)
暗
2d
k=0,1,2,3...
P点为暗条纹
PPT课件
7
S1 So
S2
x
P2 P1 O
H
k=1 x
k=0
k=0
k=-1
k= 0,
3、用微测目镜测出干涉条纹的间距 x ，双缝到 测微目镜焦平面上叉丝分化板的距离D。
大学物理(下)-课堂课件-02杨氏双缝干涉
k 0 ,1 ,2 ,
暗纹
d
2
明暗条纹中心的位置
k d'
x
d
d' (2k 1)
d
2
明纹
k 0 ,1 ,2 ,
暗纹
xxk1xk(k1)ddkdd
条纹间距 x d ' (k1)
d
白光照射时，出现彩色条纹
杨氏干涉条纹是等间距的
红光入射的杨氏双缝干涉照片 杨氏干涉可用于测量波长
方法一：
xd /(kd)
距离d’=800 mm，问：
(1)当双缝间距１mm时，两相邻明条纹 中心间距是多少？
(2)假设双缝间距10 mm，两相邻明条纹 中心间距又是多少？
已知 =589.3 nm d’=800 mm
求 (1) d=1 mm时 x? (2) d=10 mm时 x?
解 (1) d=1 mm时
d’ x
0.47mm
方法二：
(x)k1d/d
讨论 1）条纹间距 与 的关系 ; d 、d ' 一定时，
若变化 ，则 x 将怎样变化？
1）d 、d '一定时，若 变化，则 x 将怎样变化？
x d'
d
λ↓→Δx ↓
若用复色光源，则干涉条纹是彩色的。
k 3 k 1
k2
k
1k
k
2
3
白光入射的杨氏双缝干涉照片
您能判断0级条纹在哪吗？
AC (1co2s) AChsin 2
rshin(1co2s)2
半波损失 ：光从光速较大的介质射向光速较
小的介质时光的相位较之入射光的相位跃变了 π，
相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程 差，称为半波损失.
《双缝干涉实验》PPT课件
解： xD 20 6 03 0 1 2 7 0 m 8 m 2 .4 mm
d 0 .5 xD4103
d
从干涉条纹间距可以求出相干光的波长。
精选PPT
11
例题3.2 在杨氏实验装置中，光源波长λ＝
6.4×10－5 cm ，两狭缝间距d为0.4毫米， 光屏离狭缝距离D为50厘米。
试求：（a）光屏上第一亮条纹和中央 亮条纹之间的距离。
_______
_______
n2 S2 N2 n2 S1N1
精选PPT
18
（3）光程差公式
若( L 02) n ( 0k ˆ 1，r k ˆr ) n （ r 2 r 1 ）
n=1时，(L)r2r1
精选PPT
4
注意：要从 rzx'2y'2x2y2x' xy'y
出发求光程差 2z
2z
z
x1 d/2 x2 d/2 y1 y2 0 zD
r1Dd2 2D /4x'2 2 D y'2x'd D /2
由于： ______ ______
S1N S2N
有：n1S __M 2__n_M __ 2N _2__n_ 2S _2_N _2____
_____ ______________
n1SM 1nM1N1n2S1N1
_____ _______ _____ _______
(n1SM 2nM2N2)(n1SM 1nM1N1)
精选PPT
16
3）双棱镜的条纹特征
x
S1
S
S2
n1 M 1 N 1 n2
M n N
M 2 N 2
r2
r1
P
B
d 0 .5 xD4103
d
从干涉条纹间距可以求出相干光的波长。
精选PPT
11
例题3.2 在杨氏实验装置中，光源波长λ＝
6.4×10－5 cm ，两狭缝间距d为0.4毫米， 光屏离狭缝距离D为50厘米。
试求：（a）光屏上第一亮条纹和中央 亮条纹之间的距离。
_______
_______
n2 S2 N2 n2 S1N1
精选PPT
18
（3）光程差公式
若( L 02) n ( 0k ˆ 1，r k ˆr ) n （ r 2 r 1 ）
n=1时，(L)r2r1
精选PPT
4
注意：要从 rzx'2y'2x2y2x' xy'y
出发求光程差 2z
2z
z
x1 d/2 x2 d/2 y1 y2 0 zD
r1Dd2 2D /4x'2 2 D y'2x'd D /2
由于： ______ ______
S1N S2N
有：n1S __M 2__n_M __ 2N _2__n_ 2S _2_N _2____
_____ ______________
n1SM 1nM1N1n2S1N1
_____ _______ _____ _______
(n1SM 2nM2N2)(n1SM 1nM1N1)
精选PPT
16
3）双棱镜的条纹特征
x
S1
S
S2
n1 M 1 N 1 n2
M n N
M 2 N 2
r2
r1
P
B
杨氏双缝干涉实验全版.ppt
解 白光经蓝绿色滤光片后，只有蓝绿光。
波长范围21 100 nm
平均波长 1 2 490nm
2
1 440 nm 2 540 nm
2 1 100 2 1 980
条纹开始重叠时有 k2 ( k 1)1
k 1 1
0
2 1
k=4,从第五级开始无法分.辨.。...
例7 单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m。 求（1）从第一条明纹到同侧旁第四明纹间的距离为7.5mm，求单色光的波长；
（2）若入射光的波长为600nm，求相邻两明纹的距离。
解（1）根据双缝干涉明纹分布条件： x k D
d
明纹间距：
x1、4
x4
x1
D
d
(k4
k1)
k 0，1，2，
得： dx1、4
D(k4 k1)
将 d=0.2mm，x1，4 =7.5mm，D =1000mm 代入
上式
0.2 7.5
5104 mm 500nm
1、 杨氏双缝干涉实验装置
光程差
2a
x D
k
干涉加强
2、干涉条纹
明纹公式 x k D
2a
暗纹公式 x (2k 1) D
..。..
4a
k 0,1,2,
3 干涉条纹形状及间距
明纹条件 暗纹条件
x k D
x
2a (2k 1)
D
4a
k 0,1,2,
相邻两条明纹或暗纹的距离：
x
观察屏 暗纹 +2级 +1级 0级亮纹
1000 (4 1)
（2）由
x D
d
x D 1000 6104 3.0mm
51杨氏双缝干涉精品PPT课件
原理: 光源可以看成由许多彼此独立的线光源组成，
它们不相干.总的干涉条纹为各个条纹光强的 非相干叠加.
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（5）光源大小对干涉条纹的影响
对于具有一定尺度的光源来说，它所发出的
光波波阵面沿垂直于波线方向上并不是任意两
处的光都产生干涉，只有来自两点距离小于某
一值的光才是相干的. 我们把这一特性称为光
─真空中波长
介质 中
介 质
v
a· b·Ｌn2 L 2 nLn
n─ 介质中波长
1. 光程 nL
光在折射率为n 的介质中通过几何路程 L 所产生的相位变化相当于光在真空中通过 nL 的路程发生的相位变化.
激发态
基态
由于普通光源中大量原子发 出波列具有独立、偶然、间歇 的特点，很难同时满足相干条 件，故不能构成相干光源.
一、相干光
4.如何获得相干光 ?
将普通光源的同一束光分割为两束或多束， 使之经不同路径后相遇而产生干涉现象。
基本方法：分波阵面法、 分振幅法、 分振动面法
杨氏双缝干涉
薄膜干涉
二、杨氏双缝干涉
场的空间相干性.
光源到双缝的距离
双缝间距
dl
b
能发生干涉的光 源的极限宽度
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（6）为什么用普通光源只在中央明条纹附近较小 的范围内看到干涉条纹？
光的衍射的影响
光源非单色性的影响
I
I0
I0 2
O
2
2
max
k
2
三、杨氏双缝干涉
讨论：
（6）为什么用普通光源只在中央明条纹附近较小 的范围内看到干涉条纹？
空间光强分布：
II1I22I1I2cos
它们不相干.总的干涉条纹为各个条纹光强的 非相干叠加.
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（5）光源大小对干涉条纹的影响
对于具有一定尺度的光源来说，它所发出的
光波波阵面沿垂直于波线方向上并不是任意两
处的光都产生干涉，只有来自两点距离小于某
一值的光才是相干的. 我们把这一特性称为光
─真空中波长
介质 中
介 质
v
a· b·Ｌn2 L 2 nLn
n─ 介质中波长
1. 光程 nL
光在折射率为n 的介质中通过几何路程 L 所产生的相位变化相当于光在真空中通过 nL 的路程发生的相位变化.
激发态
基态
由于普通光源中大量原子发 出波列具有独立、偶然、间歇 的特点，很难同时满足相干条 件，故不能构成相干光源.
一、相干光
4.如何获得相干光 ?
将普通光源的同一束光分割为两束或多束， 使之经不同路径后相遇而产生干涉现象。
基本方法：分波阵面法、 分振幅法、 分振动面法
杨氏双缝干涉
薄膜干涉
二、杨氏双缝干涉
场的空间相干性.
光源到双缝的距离
双缝间距
dl
b
能发生干涉的光 源的极限宽度
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（6）为什么用普通光源只在中央明条纹附近较小 的范围内看到干涉条纹？
光的衍射的影响
光源非单色性的影响
I
I0
I0 2
O
2
2
max
k
2
三、杨氏双缝干涉
讨论：
（6）为什么用普通光源只在中央明条纹附近较小 的范围内看到干涉条纹？
空间光强分布：
II1I22I1I2cos
12-1干涉光双缝干涉-PPT文档资料51页
P
1. 分波阵面方法
S*
同一波阵面上的不同部分产生次级波相干
2. 分振幅的方法
P S*
利用光的反射和折射，将同一光束分割成振幅较小的两 束相干光
薄膜
3. 激光（高度相干的光源）
三）光波的叠加
讨论同方向、同频率的光的叠加
r1
P
S1
设：
r2
S2
P点的合振幅
e1E1cos(t[rc1)1] e2E2cos(t[rc2)2]
加大波长，干涉现象变得明显，是干涉的通性。
3）若用多色光源，则干涉条纹是彩色的。
D x明 k d λ
k 相同时，波长较短的条纹靠近中央，波长较长
的条纹远离中央，
两种波长同时入射：
k 0 k 1 k 2 k 3
例1 设计利用杨氏双缝干涉测量光波长的试验。
解
方法一：
(
2x暗d 2k 1）D
1）对应不同的k值，将有一对明或暗纹出现在中 央明纹两侧，k称之为干涉级。
2）杨氏干涉的条纹是等间距的，且S1、S2间距越
大x ，条 纹x 越k 密 。1 以x 明k 纹 为例(k 1 )D d kD d
D
d
=常数
若为白光入射，条纹两侧出现彩色条纹，干涉级 高的条纹重叠。
若用白光照射双缝，屏上中心明纹仍为白色，两侧对称分布各 级紫内红外的彩色条纹。更高级次的彩色条纹可能会发生重叠 。
0
1
2
3
0 1 23 4 中央明纹
3
2
1
0
1
2
3
讨论：
XX
X
S1
r1 r
d
波动光学第1讲——光的干涉 杨氏双缝干涉.ppt
三棱镜 滤光片 激光器件
三. 光的相干性
光的干涉现象：
当两列相干光相遇时,在相遇空间出现明暗稳定 分布的现象
1、原子的发光机理
E
0
E 3
1.5eV
E 2
3.4eV
E 1
13.6eV
波列
E
E 3
波列长L =
E
c (E E )/h
2
2
1
E
1
● ●
●
●
0 1.5eV 3.4eV
d
(n 1)d 3.5
S1
r1
d 3.5
n 1
a
S2
r2 D
o
3.5 632 .8 10 9 1.4 1
5.5 10 -6 m
作 业 题：习题16.12、16.14、16.15； 预习内容：§16.4-16.5 复习内容： 本讲
2、相干光的获得
利用普通光源获得相干光的方法的基本原理是把由 光源同一点发出的光设法分成两部分，然后再使这两部分
叠加起来。
分波阵面法
在同一波面上两固定点光源，发出的光 产生干涉的方法为分波面法。如杨氏双 缝干涉实验（图1）
分振幅法
一束光线经过介质薄膜的反射与折射， 形成的两束光线产生干涉的方法为分振 幅法。如薄膜干涉（图2）。
讨论
以中央明条纹为中心、两侧对称分布的、 平行等距的明暗相间的直条纹
三．菲涅耳双棱镜干涉
P
S： 线光源 B： 障碍物
B
P： 屏
S
:M1、M2：平面镜
A： 镜交线 镜面夹角
S1M21
S2
A M2
O
r : S与A距离
三. 光的相干性
光的干涉现象：
当两列相干光相遇时,在相遇空间出现明暗稳定 分布的现象
1、原子的发光机理
E
0
E 3
1.5eV
E 2
3.4eV
E 1
13.6eV
波列
E
E 3
波列长L =
E
c (E E )/h
2
2
1
E
1
● ●
●
●
0 1.5eV 3.4eV
d
(n 1)d 3.5
S1
r1
d 3.5
n 1
a
S2
r2 D
o
3.5 632 .8 10 9 1.4 1
5.5 10 -6 m
作 业 题：习题16.12、16.14、16.15； 预习内容：§16.4-16.5 复习内容： 本讲
2、相干光的获得
利用普通光源获得相干光的方法的基本原理是把由 光源同一点发出的光设法分成两部分，然后再使这两部分
叠加起来。
分波阵面法
在同一波面上两固定点光源，发出的光 产生干涉的方法为分波面法。如杨氏双 缝干涉实验（图1）
分振幅法
一束光线经过介质薄膜的反射与折射， 形成的两束光线产生干涉的方法为分振 幅法。如薄膜干涉（图2）。
讨论
以中央明条纹为中心、两侧对称分布的、 平行等距的明暗相间的直条纹
三．菲涅耳双棱镜干涉
P
S： 线光源 B： 障碍物
B
P： 屏
S
:M1、M2：平面镜
A： 镜交线 镜面夹角
S1M21
S2
A M2
O
r : S与A距离
杨氏双缝干涉实验PPT课件
解:用白光照射时，除中央明纹为白光外，两侧形成内紫外红的 对称彩色光谱。
当k级红色明纹位置xk红大于k+1级紫色明纹位置x(k+1)紫时，光 谱就发生重叠。据前述内容有
xk红
k
D d
红
x(k 1)紫
(k
1)
D d
紫
35
例10 双缝间的距离d=0.25mm,双缝到屏幕的距离Ｄ
=50cm,用波长4000Å～7000Å的白光照射双缝，求第2级明
第 k 级明条纹处，其厚度 h 为
h
多少？
r1
r2
解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差
(r2 h nh) r1
当光程差为零时，对应 零条纹的位置应满足：
r2 r1 ( n 1 )h 0
所以零级明条纹下移
31
原来k级明条纹位置满足：
S1
r2 r1 k
S2
设有介质时零级明条纹移到原来
解 ｛1｝d= 1.2 mm
e D 500 5.893 104 0.25 mm
d
1.2
d=10 mm
e D 500 5.893 104 0.030 mm
d
10
｛2｝ e 0.065mm
双缝间距d为
d D 500 5.893 10 4 4.5 mm
e
0.065
34
例9 用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的 彩色光谱？
不加透明薄片时，出现第3 级明纹的条件是： r2 r1 3
由以上两式可得： ( n 1)e 3
n
3 e
1
3 550109 2.58 106
1 1.58
是云母片。
30
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n=-5
20
杨氏双缝干涉条纹的特点：
1. 屏幕中心为零级亮条纹，两侧为平行等间距的明暗 相间条纹；
2.
条纹间距：x
D d
3. 干涉条纹不仅出现在屏上，凡是两光束重叠的区域
都存在干涉，故杨氏双缝干涉属于非定域干涉。
4. 当D 、一定时，Δx与d成反比，d越小，条 纹分辨越清。
应用： 利用干涉条纹间距，测量未知光波的波长;
21
k=0 k 1
k2
k3
0
x
5. Δx与成正比，用白光做光源时，除中央明纹是白光外，其 它各级条纹是彩色条纹，紫在内红在外；
6.λ1与 λ2为整数比时，某些级次的条纹发生重叠。 k1λ1=k2λ2， 高级次的条纹发生交叠而模糊不清。
22
红光入射的杨氏双缝干涉照片 白光入射的杨氏双缝干涉照片
23
例题：在双缝干涉实验中，
双缝与屏的间距D=1m，双缝间距d=0.2mm，屏幕上 第二级明条纹位置为x=6.2mm，求光波的波长？
解： x D
d xkD
d
讨论题：
620 nm
k0,1,2,
1. 如果用两个灯泡分别照亮S1、S2缝，能否看到干涉条纹？ 2. S1缝后贴一红色玻璃纸，S2缝后贴一绿色玻璃纸，能否看到 干涉条纹？
1.分波阵面法 在点光源的同一波面上取两个点，使这两点发出
的子波经过不同的路径后再相遇产生干涉的方法为分 波阵面法。如杨氏双缝干涉实验。
2.分振幅法 一束光线经过介质薄膜界面的反射与折射，形成
的两束光线产生干涉的方法为分振幅法。如薄膜、劈 尖、牛顿环等。
13
波源
S1
分波阵面法
S
14
相干光的产生方法： 分振幅法
2）、D一定时，条纹间距 x与 d的关系如何？
28
三 . 劳埃镜实验
P'
P
s1
d s2
ML
D
注意
半波损失
光在界面反射时相位发生突变的现象,
称为半波损失现象;
29
二. 洛埃镜实验
（二）.产生相干光的条件
两束光： 1.频率相同； 2.振动方向一致； 3.有恒定的相位差；
来自两个普通光源或同一个光源的不同部分
的光相遇叠加时，不可能产生干涉现象。
9
普通光源：太阳光、电灯、手电筒、煤油灯等发 出来的光，没有干涉现象发生，为什么？
因为它们不是相干波源，发射的光波不是相干波， 所以普通光相遇，没有干涉现象发生。
24
杨氏双缝干涉, 要求明确以下问题： 1、如何获得的相干光； 2、明、暗纹条件公式； 3、干涉条纹特点：
形状、间距、 级次位置分布；
25
讨论
条纹间距:
x D
d
(k1)
1）d 、D一定时，若 变化，则 x 将怎样变化？
Hale Waihona Puke λ=700nm 550nm 400nm
26
27
条纹间距:
x D
d
(k1)
波程差为其它值的点,光强介于最明与最暗之间。 因此上述两条纹分别是明纹中心和暗纹中心。
18
由图可知 x：Dtg
r1
当θ很小时，即D>>d,
S1
Sd
r2
P x
sintg x D
O
S2
D
代入(1)、(2)式，可得
明纹中心的位置： xkD k0,1,2, d
暗纹中心的位置： x(2k1)D k1,2,3,
应实验可以证明这一点。
5
1. 光是电磁波, 其波动方程是什么?
2. 电磁波是电场强度 E 与磁场强度H 的矢量波;
E E 0cos(tur)
H H 0co(stur)
3. 光矢量: 对人眼和感光仪器起作用的主要是电场强
度E, 所以人们称电场强度E为光矢量.
E E 0cos(tur)
6
光波
7
(一)、光源的发光机制： 能级跃迁辐射
第四节
光学基础
5.9
1
本章主要内容：波动光学 •光的干涉(Interference )； •光的衍射(Diffraction of Light )； •光的偏振性（横波 Polarization of Light ）。
2
一、光谱
紫外区
可见光区
紫
光
λ (nm)
红外区 红 光
•光在人眼视觉范围内的波段为400nm 760nm。
分波阵面法
s1
光源 *
s2
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一. 杨氏双缝干涉实验
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一、 杨氏双缝干涉实验
单色光 分波阵面法
S 线光源，G 是一个遮光屏，其上有两条与 S 平行的狭缝 S1、S2，且与S 等距离，因此S1、S2 是相干光源，且相位相同； S1、S2 之间的距离是d ，到屏的距离是D。
G
r1
P
S1
Sd
r2
x O
3
可见光
真空中波长(nm)
频率( 10 Hz)
4
二、光的本质
光具有波动性和粒子性，合称波粒二象性。 光的波动性是指光是某一波段的电磁波。光在不同媒
质的分界面上会发生反射和折射现象；在传播过程中出现 干涉、衍射和偏振等现象。
光在真空中的传播速度为：
c318 0m/s
光的粒子性是指光是由单个的光子构成的。光电效
2d
☺相邻两明纹或暗纹间的距离为： x D 19
d
说明：
n=5
n=4
1. x=0时，对应于零级明条纹; n=3
光程差=0;
n=2
2. 在零级明条纹两侧对称分布 着第一级、第二级……第k
级明条纹；
n=1 0
n=-1 n=-2 n=-3
3. 杨氏双缝干涉图样的干涉条 n=-4
纹是等间隔、对称分布的
高能级E2
光子 低能级E1 普通光源：自发辐射。每一个分子和原子都相当于 一个小光源，(1)它们发出的光的振幅、相位、振动 方向各不相同；(2)原子发光是间歇的，眼睛感觉到 的光强是平均光强; （3）波列的长度即相干长度。
· ·
独立(不同原子发的光)
结论：普通光源 独立(同一原子先后发的光) 不是相干光源。8
10
相干光
(不满足光干涉条件) (满足光干涉条件)11
（三）、相干光的获得
一入射波传播到带有小孔的屏时，不论入射波的波阵面是什么形状， 通过小孔时，在小孔的另一侧都产生以小孔作为点波源的前进波，可将 其抽象为从小孔处发出的一种次波或子波，其频率与入射波频率相同。
12
原理：使一个点光源的同一个点发出的光分成两 个或两个以上的相干光束，使它们各经过不同的路径 后再相遇以产生干涉。
S2
D
干 涉
条
纹
由S1，S2发出的光 P点波 的到 波程差为
I
光 强 分 布
r2r1dsin
17
在P点发生相长干涉的条件为 r 2 r 1 kk 0 , 1 , 2 , ( 1 ) ——P点处出现明条纹
在P点发生相消干涉的条件为
r 2 r 1 (2 k 1 )2 k 0 ,1 ,2 ,3 ,(2 ) ——P点处出现暗条纹