相干光与杨氏双缝干涉
杨氏双缝干涉装置产生两相干光的方法
杨氏双缝干涉装置产生两相干光的方法一、引言杨氏双缝干涉装置是一种经典的光学实验装置，可以产生两相干光。
它由两个狭缝、一块透镜和一个屏幕组成。
通过调整狭缝的位置和透镜的距离，我们可以观察到干涉条纹的出现。
本文将详细介绍杨氏双缝干涉装置产生两相干光的方法。
二、实验原理杨氏双缝干涉装置的原理是利用狭缝产生单色光源，并通过透镜将它们聚焦到屏幕上，形成明暗相间的条纹。
当两个狭缝之间距离相等时，它们产生的光波会在屏幕上相遇并产生交叠现象，形成明暗交替的条纹。
三、实验步骤1. 准备工作：将杨氏双缝干涉装置放在平稳的桌面上，并调整好透镜和狭缝的位置。
2. 开启单色光源：打开单色光源，并将其调整至合适亮度。
3. 调整狭缝位置：将两个狭缝的位置调整至相等，使它们之间的距离为λ/2，其中λ为单色光源的波长。
4. 调整透镜位置：将透镜放在两个狭缝和屏幕之间，并将其移动到合适的位置，使其能够将光线聚焦在屏幕上。
5. 观察干涉条纹：当光线通过狭缝和透镜后，会产生干涉现象。
观察屏幕上形成的明暗相间的条纹。
四、实验注意事项1. 在进行实验前，需要保证杨氏双缝干涉装置和单色光源处于稳定状态。
2. 在调整狭缝位置时，需要保证两个狭缝之间距离相等。
3. 在调整透镜位置时，需要保证光线能够聚焦在屏幕上。
4. 在观察干涉条纹时，需要注意环境光线对实验结果的影响。
五、实验结果分析通过杨氏双缝干涉装置产生的两相干光，在屏幕上可以看到明暗交替的条纹。
这些条纹是由于两个狭缝产生的单色光源相遇并产生交叠现象所形成的。
通过观察条纹的出现和排列方式，可以计算出单色光源的波长和两个狭缝之间的距离。
六、总结杨氏双缝干涉装置是一种简单而经典的光学实验装置，可以产生两相干光。
通过调整狭缝位置和透镜距离，我们可以观察到干涉条纹的出现。
在实验过程中，需要注意环境因素对实验结果的影响，并保证实验装置处于稳定状态。
大学物理光的干涉
S1 S
r1 r2
S2
托马斯• 杨
一.杨氏双缝实验的干涉原理
r
1
p
r
2
D
两同频率、同振动方向相的光： · E1 =E10cos(ω t+j1 ) ω t +j 2 ) E2 =E20cos ( o 叠加后： ωt +j) E= E1+E2 =E cos( 0
能 量
激发态 光子
l
基态
原子发光机理
* 两个独立光源的光的叠加 非相干光源 I = I 1 + I 2 —非相干叠加
s1 s2
两束光 不相干
I = I1 +I2
2. 获得相干光波的方法
p S* 分波阵面法：
杨氏双缝干涉
p
S *
分振幅法： 分振动面法：
薄膜
薄膜干涉 迈克尔逊干涉仪
激光：从激光束中任意两点引出的光是相干的
同的地方形成同一条干涉条纹 --- 等厚干涉条纹。 常见的等厚干涉有等厚薄膜、劈尖薄膜、牛顿环等。
一、等厚薄膜
1. 明暗纹出现的条件
光线垂直入射等厚薄膜， 光程差公式为：
a a’
b’
n1
n2 n3
i
A C
2n2 e
：为因半波损失而产生的附加光程差。即：
n1 <n2> n3 或 n1 >n2< n3有半波损失
s1
s2
M2 2
B
菲涅耳双面镜干涉实验 s 点光源
M1 C 1 2
屏 A
s1
s2
M2
双缝干涉和杨氏实验的原理
双缝干涉和杨氏实验的原理双缝干涉和杨氏实验是光学领域中具有重要意义的实验现象，通过这两个实验我们可以深刻地理解光的性质和波动特性。
本文将从原理的角度出发，探讨双缝干涉和杨氏实验的背后机制。
首先，我们先来了解一下双缝干涉实验。
在这个实验中，一束单色光通过一个屏幕上的两个缝隙，然后在屏幕后方的观察屏上形成一系列明暗相间的条纹。
这些条纹的出现与光波的波动性质有关。
当光通过缝隙时，每个缝隙成为一个次级光源，次级光源发出的光波将在观察屏上相互干涉。
干涉的结果就是形成一系列明暗相间的干涉条纹。
双缝干涉实验的原理可以用光的波动理论来解释。
根据惠更斯-菲涅尔原理，每个点上的次级光源发出的光波会在所有其他点上相互干涉。
当两个相干光波相遇时，它们在空间中叠加形成干涉图案。
在双缝干涉实验中，两个缝隙发出的光波在观察屏上叠加形成明暗相间的干涉条纹。
接下来我们来说说杨氏实验。
杨氏实验是一种观察光的干涉现象的经典实验。
在这个实验中，一束单色光照射到一个细而远离光源的垂直屏幕上的一条狭缝上，然后在离屏幕较远的观察屏上形成一系列明暗相间的干涉条纹。
杨氏实验的原理与双缝干涉类似，也是基于光的波动性质。
当光通过狭缝时，每个点上的光波会在观察屏上相互叠加干涉。
然而，与双缝干涉不同的是，杨氏实验中只有一个狭缝，因此观察到的干涉条纹更为集中而细致。
双缝干涉和杨氏实验都验证了光的波动性质，并且可以用波动理论进行解释。
然而，实际上，光既可以表现出波动性质，也可以表现出粒子性质。
这是由于光也具有粒子性质的一面，也就是我们常说的光子。
根据量子力学的理论，光子既可以被看作是波动粒子，也可以被看作是粒子波动。
总结一下，双缝干涉和杨氏实验的原理可以用光的波动性质解释。
当光通过缝隙或狭缝时，光波在观察屏上相互干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
这些实验是光学领域中非常重要的实验，通过它们我们可以更深入地了解光的性质和波动特性。
第二节双缝干涉
光程: 在传播时间相同或相位改变相同的条件下,把光在介质 中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程,光程等于介 质折射率乘以光在介质中传播的路程.
2. 光程差
两束相干光,分别在两介质中传播后p点相遇,其相位差为
∆φ
=
2π r2 λ2
−
2π r1 λ1
=
2πn2 r2 λ0
−
2πn1 r1 λ0
=
2π λ0
传播的路径x 应为
x = ct = c r = nr
u
在介质中相应的相位改变为
∆φ = 2π r λ
在改变相同相位的条件下,光波在不同介质中传播的路程是 不同的.
∆φ = 2π r = 2π x λ λ0
x = λ 0r = nr λ
上式说明在相位变化相同的条件下,光在介质中传播的路程r
可折合为光在真空中传播的路程 nr.
= 0,1,2,3.........) I (k = 0,1,2,3.........)
=
4I1 I=
0
加强 减弱
两束不相干的光波在空间相遇其光强为 I = I1 + I2 ,没有干涉项. 四. 光波的半波损失
光波传播遇两个不同的介质,介质的疏密由两个介质的折射率 决定,光疏介质,折射率n相对小;光密介质,折射率n相对大. 光由光疏介质→光密介质→光疏介质,有半波损失,此时有位 相的突变. 五. 光程 光程差
解：无云母片， r1 = r2 δ =0
s1
r1
加上云母片，
s2
r2
P0
δ =[(r1 − e)⋅1+ ne− r2 ⋅1] = (n −1)e r1 = r2
p0处为第七级明纹
δ = 7λ = (n −1)e e = 7λ = 6.6 ×10−6 m
第十一章-1相干光-2杨氏双缝干涉-劳埃德镜-教案
§11－1 相干光件及获得方法2. 能分析杨氏双缝干涉条件、条纹分布规律和位置；理解劳埃德镜光干涉规律三、教学过程:引言：什么是光的干涉现象？与机械波类似，光的干涉现象表现为在两束光的相遇区域形成稳定的、有强有弱的光强分布。
即在某些地方光振动始终加强（明条纹），在某些地方光振动始终减弱（暗条纹），从而出现明暗相间的干涉条纹图样。
光的干涉现象是波动过程的特征之一。
光的干涉：两束光的相遇区域形成稳定的、有强有弱的光强分布。
实际是满足一定条件的两列相干光波相遇叠加，在叠加区域某些点的光振动始终加强，某些点的光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的空间分布。
干涉条纹：所形成的均匀分布的图样。
§11－1相干光一、相干光：两束满足相干条件的光称为相干光1、相干条件（Coherent Condition）：这两束光在相遇区域：①振动方向相同；②振动频率相同；③相相位同或相位差保持恒定那么在两束光相遇的区域内就会产生干涉现象。
2、相干光的获得（1）普通光源的发光机理当原子中大量的原子（分子）受外来激励而处于激发状态。
处于激发状态的原子是不稳定的，它要自发地向低能级状态跃迁，并同时向外辐射电磁波。
当这种电磁波的波长在可见光范围内时，即为可见光。
原子的每一次跃迁时间很短（10－8 s ）。
由于一次发光的持续时间极短，所以每个原子每一次发光只能发出频率一定、振动方向一定而长度有限的一个波列。
由于原子发光的无规则性，同一个原子先后发出的波列之间，以及不同原子发出的波列之间都没有固定的相位关系，且振动方向与频率也不尽相同，这就决定了两个独立的普通光源发出的光不是相干光，因而不能产生干涉现象。
（2）获得相干光源的两种方法a.原理：将同一光源上同一点或极小区域（可视为点光源）发出的一束光分成两束，让它们经过不同的传播路径后，再使它们相遇，这时，这一对由同一光束分出来的光的频率和振动方向相同，在相遇点的相位差也是恒定的，因而是相干光。
大学物理相干光源2杨氏双缝干涉
n1 n2
L n1l1 n2l2 nnln
2.光程差
光程差为两束光的光程之差。 L2 L1
§1.相干光源 / 四、光程与光程差
3.光程差与相位差的关系
光程差每变化一个波长，相位差变化 2 光程差为 ，相位差为 ； 光程差与相位差的关系为：
§2.相干光源 / 一、杨氏双缝干涉
一、杨氏双缝干涉装置
S 点 光 源 单 缝
S1 a
S2
r1
r2 D
P x o
I 屏
干 涉 条 纹 光 强 分 布
双 缝
§2.相干光源 / 一、杨氏双缝干涉
二.两条光线的光程差
S1S2 R OPQ，
S S1 Q a R r2 S2 单 缝 双 缝
S
S1 a S2
d
r1
r2
o’ o D o
I
解： 由于中央明纹移动了 3.5 个条纹，则 插入的介质薄片所增加的光程差为 3.5 个 波长，对应原屏幕中央 o 点两条光线的光 程差也为 3.5 。
§2.相干光源 / 举例
在原屏幕中央o点两光线的光程差为： 3.5 (r1 d nd) r2 对于o点： r1 r2 0
第一节
相干光源
一、产生相干光的条件
两束光
y1 E 01 cos(t
y 2 E02 cos(t
2x1
1.频率相同；
2.振动方向一致； 3.有恒定的相位差； 2 1 4*.光程差不太大； 5*.光强差不太大。
§1.相干光源 / 一、产生相干光的条件
1 )
五 、干涉加强减弱条件
掌握
两束单色光相干时，光程差满足：
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。
光的干涉与杨氏双缝实验
光的干涉与杨氏双缝实验光的干涉是指两束或多束光波相互叠加而产生干涉现象的现象。
其中，杨氏双缝实验是最经典的光的干涉实验之一。
本文将对光的干涉和杨氏双缝实验进行详细介绍。
一、光的干涉光的干涉是由于光波是一种具有波动性质的电磁波，当两束或多束光波相互叠加时，会出现干涉现象。
干涉分为构造干涉和暗纹干涉两种。
1. 构造干涉构造干涉是指当两束或多束光波相遇时，产生增强或减弱的亮度分布的现象。
这种干涉是由于光的波峰和波谷相互重叠或相互抵消而形成的。
典型的例子是杨氏双缝实验。
2. 暗纹干涉暗纹干涉是指在干涉中出现明显的暗纹现象。
这是由于两束或多束光波相遇时，波峰和波谷产生相互抵消，光的亮度降低而形成的。
二、杨氏双缝实验杨氏双缝实验是由英国科学家杨振宁于1801年设计并进行的实验。
它是用来证明光是一种波动性质的经典实验之一。
1. 实验装置杨氏双缝实验的装置非常简单，由一个准直光源照射到一个板上有两个小孔的屏幕上，光通过两个小孔后再投射到远离屏幕的墙上形成干涉条纹。
通常，光源使用单色光源，以便更好地观察干涉现象。
2. 实验原理杨氏双缝实验的实验原理是，当光波通过两个小孔后投射到墙上时，两个光波相互叠加形成干涉现象。
根据光的波动性质，在某些特定的位置，光的波峰和波谷相互重叠，形成增强的亮纹，而在其他位置则形成减弱的暗纹。
3. 实验结果与分析在杨氏双缝实验中，观察到的干涉条纹为一组明纹和暗纹相间的条纹。
通过观察并测量干涉条纹的宽度和间距，可以计算出光的波长和光的相干长度。
4. 应用与意义杨氏双缝实验不仅是一种常用的实验方法，还有重要的应用价值。
例如，可以通过杨氏双缝实验对光波的性质进行研究，还可以通过杨氏双缝实验测量光的相干性和波长。
总结：光的干涉是由于光波的波动性质，两束或多束光波相互叠加产生的干涉现象。
杨氏双缝实验是光的干涉实验中最经典的实验之一。
通过杨氏双缝实验可以观察到光的干涉条纹，并利用这些条纹进行光波性质的研究和测量。
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光波是电磁波在空间的传播。而电磁波用矢量E和H表示 。
平面电磁波方程
E
E0
cos (t
r) u
H
H0
cos (t
r) u
实验证明光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用等
）的只是 E 矢量，称它为光矢量。E 矢量的振动称为光振动。
可见光的范围
: 400 ~ 760nm : 7.51014 ~ 4.31014 Hz
解： (1) X D 180 632 .8107 0.518 cm
d
0.022
(2) X d 0.45 0.015 562 .5 nm
D
120
例2 在杨氏双缝干涉的实验中，入射光的波长为
λ， 若在缝S2上放置一片厚度为b、折射率为 n 的
透明薄膜，试问：（1）两束光的光程差；（2）原
白光照射时，出现彩色条纹
续上
三 相干光 振动方向、频率相同，相位差恒定。
1）普通光源的发光机制
激
En
发
态
跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
E h
1
2
P
t : 108 ~ 1010 s
普通光源发光特 点： 原子发光是断续 的，每次发光形成一 长度有限的波列, 各 原子各次发光相互独 立，各波列互不相干.
2）相干光的产生 振幅分割法
=
d
x
D
d << D x << D
d
x
x D
k D
k
(2k 1) D
d (2k 1)
2
加强
减弱
明纹 k
暗纹
k 0,1,2,
0,1,2,
d
2
（ k 称为明条纹的干涉级，k = 0 对应中央明纹）
明暗条纹的位置 白光照射时，出现彩色条纹
k Байду номын сангаас
x
d D (2k 1)
d
2
讨论
条纹间距
明纹 k 0,1,2,
2 1
P点给定，则 恒定。故空间每一点的合成振幅 A 保持恒定。
A
A12 A22
相位差
2 A1 A2 cos [j 2
j1
(2pr2 2pr1) ]
2 1
j2
j1
(2pr2 2pr1)
2 1
n / n
j 2 j 1
2p
(n2r2
n1 r1)
光程差
若 j 2 j 1 即两分振动具有相同的初相位
暗纹
Δ x = x k+1
x
k
=
(k+1)D d
k D d
=
D d
x
D
d
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
2）、D 一定时，条纹间距 x与 d 的关系如何？
x D
d
I
4I0
cos2 (π
则 取决于两波源到P点的光程差
相位差与光程差
n2r2 n1 r1
2p
若 j 2 j 1 即两分振动具有相同的初相位
A
A12
A22
2 A1 A2 cos
2p
(n2r2
n1 r1)
当
2p
即
n2r2 n1 r1
当
2p
即
（ 0,1,2,
则合成振动 的振幅最大
)时
（ 0,1,2, ) 时
则合成振动 的振幅最小
的相位差为 ，相当于光程差
，称为 半波损失。
双面镜实验
双棱镜实验
分波面法小结
例1 在杨氏实验中，（1）波长为632.8nm的激光射
在间距为0.022cm的双缝上，求距缝180cm处屏 幕上所形成的干涉条纹的间距。 （2）若缝的 间距为0.45cm，距缝 120cm 的屏幕上所形成的 干涉条纹的间距为0.15mm，求光源的波长。
来的中央明纹如何移动？
（3）如果观测到中央明 S1
r1
纹移到了原来的 k 级明纹 S2 处，求该薄膜的厚度b.
r2
解：（1）光程差
b
' [(r2 b) nb] r1 (n 1)b (r2 r1)
跟不加薄膜相比，光程增 大了（n-1）b
(2) 加薄膜后，中央明纹对应 ' 0
' (n 1)b (r2 r1) S1 r1
显然 r2-r1=(1-n)b＜0， S2
即r2＜r1，中央明纹下移。
b
r2
(3) 不加薄膜，K级明纹满足：r2-r1=-kλ
放置薄膜后 ' 0
k
r2-r1=
-（n-1)b=-kλ
b n 1
上式也可理解为，插入薄膜使屏上的杨氏干涉
条纹移动了k=(n-1)b/λ条。这提供了一种测量透明
薄膜折射率的方法。
同一光波穿过不同介质时频率 不变
真空中的光速
c 1
00
介质中的光速
1
cc
u
rr n
真空中的波长 c
介质中的波长
n
u
c
n
n
二 光程 光程差
光程
光程差：两束光线的光程之差
(n2r2 n1r1)
理想透镜不引起附加光程差透镜无附加光程差
A
F'
B
三 相干光
光干涉的必要条件
光干涉的必要条件
波程差为零或为波长的整数倍时，
波程差为半波长的奇数倍时，
各质点的振幅最大，干涉相长。
各质点的振幅最小，干涉相消。
一、杨氏双缝实验（单色光，缝宽～波长）
x
k=+2
S1 * S*
S2 *
k=+1
k= 0
I
k=-1
k=-2
S1 d q
r1
q
q r2
p
x
S2
D
δ =r2
r1~ d
sinq
~
d tg q
)
4I0 , k
0, (2k 1) 2
I 4I0
光
强
分
布
4 3 2 0 2 3 4 5 r
图
4 D 2 D
0
2D 4D
d
d
d
d
x
条纹间距
x D
d
通过D 及d 的测量,可以间接
地测得照射光的波长。
第一次测波长
洛埃镜实验
紧靠镜端处总是产生暗纹，说明在镜端处反射光与入射光
波阵面分割法
s1
光源 *
s2
四 光的干涉
分别引起 P 点的振动
y1 A1 cos t + ( j 1 y2 A2 cos t + ( j 2
2pr1)
1
2pr2
2
)
A1
A
A2
合振动
y y1 + y2
A cos ( t + j )
A
A12 A22
2 A1 A2 cos [j 2
j1
(2pr2 2pr1) ]