1、本章内容本章内容12.1 光波干涉的条件光波干涉的条件12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验12.3 干涉条纹的可见度干涉条纹的可见度12.4 平板的双光束干涉平板的双光束干涉12.5 平行平板的多光束干涉及其应用平行平板的多光束干涉及其应用12.6 现代干涉技术和干涉系统现代干涉技术和干涉系统12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉n1801年，杨氏首次用年，杨氏首次用分波前分波前（波阵面）的方法实现了光（波阵面）的方法实现了光的干涉。他把单个波前分解为两个波前以的干涉。他把单个波前分解为两个波前以锁定锁定两个光源两个光源之间的之间的相位差相位差，从而获得相干光的干涉。杨氏用
2、叠加原，从而获得相干光的干涉。杨氏用叠加原理解释了干涉现象，为光的理解释了干涉现象，为光的波动说波动说的确立奠定了基础。的确立奠定了基础。托马斯托马斯 杨杨（1773-1829）示意图示意图干涉图样干涉图样12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n干涉图样干涉图样的计算的计算n由光源由光源S1、S2发出的光波发出的光波来源于来源于同一光波同一光波 频率频率 & 振动方向相同振动方向相同 初相位差为常数初相位差为常数dr1r2yxDzSP(x, y, D)xyOS1S2cos22121IIIII)()(212111rkrk，)(12rrkk021III设：设：2cos4cos12200III）（则：则
3、： 2020cos42cos4IkII光强光强 I 的强弱取的强弱取决于光程差决于光程差12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n干涉图样干涉图样的计算的计算n光程差光程差 的计算：的计算：dr1r2yxDzxyOSS1S2P(x, y, D)22221)2/(Dydxrxdrr22122xDdDxdrrxdrr2221212光光程程差差：xDdIxDkdII2020cos42cos4因此：因此：22222)2/(Dydxr)(12122122rrrrrr又：又：12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n干涉图样的分析干涉图样的分析n干涉图样的意义：干涉图样的意义： 光强光强I只随只随x坐标值变化坐标值变
4、化xxDdII20cos40max4IIdDmx时：时：当当0)21(minIdDmx时：时：当当, 2, 1, 0m其中：其中： 干涉图样是垂直于干涉图样是垂直于x轴的条纹轴的条纹 亮条纹亮条纹 暗条纹暗条纹亮条纹亮条纹暗条纹暗条纹mxDd)21(mxDd 同一条纹上任意一点到两个同一条纹上任意一点到两个光源的光程差是恒定的光源的光程差是恒定的（亮纹（亮纹/暗纹的级次）暗纹的级次）12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n干涉图样的分析干涉图样的分析n干涉图样的意义：干涉图样的意义： 光强光强I只随只随x坐标值变化坐标值变化 干涉条纹代表着干涉条纹代表着光程差光程差 的的等值线等值线 相邻两个干涉
5、条纹间的相邻两个干涉条纹间的 光程差光程差变化一个变化一个波长波长 ， 相位差相位差变化变化2 xDdII20cos4 干涉图样是垂直于干涉图样是垂直于x轴的条纹轴的条纹 亮条纹亮条纹 暗条纹暗条纹mxDd)21(mxDddr1r2yxDzxyOS1SP(x, y, D)S2 同一条纹上任意一点到两个同一条纹上任意一点到两个光源的光程差是恒定的光源的光程差是恒定的12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n干涉图样的分析干涉图样的分析n干涉条纹的干涉条纹的间距间距：n定义定义会聚角会聚角：两条相干光线的夹角：两条相干光线的夹角 dDmxm亮纹位置：亮纹位置：x亮条纹亮条纹暗条纹暗条纹mmxxe1条纹间
6、距：条纹间距：dDdr1r2yxDzxyOS1SP(x, y, D)S2Dd在杨氏实验中：在杨氏实验中：e条纹间距：条纹间距：具有普遍意义，适具有普遍意义，适用于任何干涉系统用于任何干涉系统eem+1mm 112.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n干涉图样的分析干涉图样的分析 条纹间距的条纹间距的影响因素影响因素：1. 相干波源到接收屏之间的相干波源到接收屏之间的距离距离D2. 两相干波源间的两相干波源间的距离距离d 会聚角会聚角 3. 波长波长 n思考：若移动光源思考：若移动光源S的位置的位置 会有什么影响？会有什么影响？x亮条纹亮条纹暗条纹暗条纹dr1r2yxDzxyOS1SP(x, y, D
7、)S2eem+1mm 1dDex0白光的白光的干涉条纹干涉条纹白条纹白条纹 应用：测波长应用：测波长12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n干涉图样的分析干涉图样的分析【例【例】两个长两个长100 mm的抽成真空的气室置于杨氏装置中的的抽成真空的气室置于杨氏装置中的两小孔前，当以波长为两小孔前，当以波长为589 nm的平行纳光通过气室的平行纳光通过气室垂直照明时，在屏幕上观察到一组稳定的干涉条纹。垂直照明时，在屏幕上观察到一组稳定的干涉条纹。随后缓慢将某种气体注入气室随后缓慢将某种气体注入气室C1，观察到条纹移动，观察到条纹移动了了50个，试讨论条纹移动的方向并求出注入气体的个，试讨论条纹移动的方
8、向并求出注入气体的折射率折射率n。C1C2S1S2P1nP0条纹向上移动条纹向上移动ln) 1( 500002945. 1501ln 应用：测量厚度或折射率，或测量微小改变量应用：测量厚度或折射率，或测量微小改变量12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n干涉图样的分析干涉图样的分析【例【例】 波长为波长为600 nm的纳光照射在一双缝上，在距双缝的纳光照射在一双缝上，在距双缝100 cm的观察屏上测量的观察屏上测量20个条纹共宽个条纹共宽2.4 cm,试求双试求双缝之间的距离。缝之间的距离。dDemm2 . 120cm4 . 2em500eDd12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n两个点源在两个点源
9、在空间空间形成的干涉场形成的干涉场n两个点源形成的干涉场是两个点源形成的干涉场是空间分布空间分布的的 干涉条纹应是空间位置对点光源干涉条纹应是空间位置对点光源等光程差的轨迹等光程差的轨迹dr1r2zxyOS1SP(x, y, D)S222222212)2()2(DydxDydxrrmm级亮条纹：级亮条纹：对于对于1222222222mdzymx双曲面双曲面 等光程差面等光程差面12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n两个点源在两个点源在空间空间形成的干涉场形成的干涉场1222222222mdzymx三维空间的干涉结果为三维空间的干涉结果为等光程差面等光程差面 局部的条纹形状不同局部的条纹形状不同等
10、距直条纹等距直条纹双曲线状条纹双曲线状条纹圆环形条纹圆环形条纹12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n分波前干涉的其它实验装置分波前干涉的其它实验装置n菲涅耳双面镜菲涅耳双面镜：sin2ld S1S2S1M2M12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n分波前干涉的其它实验装置分波前干涉的其它实验装置n菲涅耳双棱镜菲涅耳双棱镜：S2S1Sl0L) 1(2nld12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n分波前干涉的其它实验装置分波前干涉的其它实验装置n洛埃镜洛埃镜：ld2存在存在“半波损失半波损失”MNlSS12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验n分波前干涉的其它实验装置分波前干涉的其它实验装置n比累对切透镜比累对切透镜：llllladaS2S1Sn作业：作业：P374 No.4、No.512.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验
